Описание работы схемы управления

Напряжение питания ~220 В по кабелю через тумблер SA1, автоматические выключатели QF1; QF2 и предохранитель FU1 приходит на все электроприемники стенда (см. схему принципиальную электропитания) а именно:

- Трансформатор понижающий питания запорного клапана Т2

- Блок питания датчика Метран (БП1)

- Блоков питания приборов Овен ТРМ-501 (БП2; БП3)

- Блок питания внутренний (БП4)

- Прибор вторичный Диск 250 (ИП1)

- Сигнализатора уровня (СУ)

После включения тумблера SA2 напряжение питания подается на контакт Х1-1 блока управления тиристорами (БУСТ). На выходных контактах блока Х2-2; Х2-4 появляются управляющие импульсы, которые

приходят в цепь управляющих электродов тиристоров VD1; VD2, включенных встречно-параллельно (см. схему электрическую принципиальную Л3). Переменным резистором R2 может меняться амплитуда управляющих импульсов, что определяет степень открытия тиристоров и как следствие меняется выходное напряжение. С контактов 1; 6

блока управления напряжение (0-220 В) поступает на первичную обмотку трансформатора Т1. В цепь вторичной обмотки трансформатора Т1 включен выпрямитель из диодов VD10-VD13, с которого напряжение 15 В постоянного тока подается на двигатель насоса и в измерительную цепь прибора ИП2. Измерительная цепь состоит из предохранителя FU2, токоограничительных резисторов R7 и R8. Резистором R8 устанавливается диапазон измерения.

После включения тумблера SA2 начинает работать насос. Резистором R2

устанавливается напряжение питания. Трансформаторное масло (ρ = 880 кГ/м³) из сборной емкости насосом по трубопроводу D_y = 50 мм качается в емкость измерительную через камерную диафрагму ДКС 0, 6-50. Из камер диафрагмы сигнал (перепад давления) по импульсным линиям поступает в преобразователь разности давлений Метран-43-ДД, который преобразуется в унифицированный токовый сигнал (4…20 мА). Преобразователь расхода включен по двухпроводной схеме. Сигнал 4..20 мА по кабелю 6 приходит в пульт управления, где на клеммном соединителе ХТ3 осуществлена его коммутация. Так как сигнал токовый, все измерительные приборы включены в его цепь последовательно Индикация перепада давления в кПа на «Метране- 43 ДД», в процентах диапазона перепада осуществляется ТРМ -501 и в м³/час на приборе «Диске - 250».

Порядок работы

1. Кнопкой " Вкл." подать напряжение 220 В на стенд, при этом должна загореться сигнальная лампа " Сеть".

2. Кнопкой " Вкл. насоса" запустить насос.

3. Задатчиком " Рег. оборотов, %" плавно установить 100%, по показаниям ТРМ-501 " Обороты, %", дождаться, когда по системе прокачается масло.

4. Установить желаемый расход задатчиком " Рег. оборотов, %", опираясь на показание ТРМ-501 " Обороты, %" (60%, 80%, 100%).

5. Коротким нажатием кнопки " Закр." закрыть сливное отверстие мерной ёмкости, загорается светодиод " Клапан закрыт". После закрытия
сливного отверстия ёмкость начинает заполняться маслом, при достижении нижнего уровня включается электронный секундомер. При дости­жении верхнего уровня, секундомер остановится. Одновременно по цепи управления автоматически будет отдана команда на открытие клапана сливного отверстия, произойдёт слив жидкости из мерной ёмкости.

6. Снять показания секундомера и обнулить его кнопкой " Сброс".

7. Повторить операции при разных оборотах двигателя.

8. Заполнить таблицу.

Обработка результатов измерений

 

1. Измерить время заполнения емкости и рассчитать эталонное значение расхода F _Э. По полученным данным построить градуировочный график зависимости времени заполнения бака от расхода [м³/ч]. Объем заполнения емкости 0, 025м³. t, с F, м³/ч

2. Измерить расход масла и занести в таблицу показания дифманометра – расходомера [кПа];

3. По известному значению перепада давлений на СУ (показания дифманометра) рассчитать объемный расход масла F_О, по формуле:

, где М = 1452, 11

4. Сравнить значения F_Э и F_О. Рассчитать абсолютную и относительную погрешность измерения расхода.

Таблица 10

Результаты измерений

Напряжение на насосе, %	Время заполнения измерительной емкости, с	Расчетное значение расхода, FР, м3/ч	Значение расхода по показаниям дифманометра кПа	Измеренное значение объемного расхода FО, м3/ч	Погрешность, ∆ %
t1	t2	t3	tcp	Δ Р 1	Δ Р 2	Δ Р 3	Δ Р ср

 

Расчетное значение расхода ( F_Р ) определяется по формуле:

F_Р = (V/t) ·3600,

где V – объем измерительной емкости [м³]; t – время заполнения емкости [c].

Контрольные вопросы.

1. В чем заключается сущность измерения расхода методом переменного перепада давлений? Достоинства и недостатки метода.

2. Особенности измерения расхода СУ. Виды СУ. Стандартные и нестандартные сужающие устройства.

3. Последовательность расчета СУ. Основные формулы.

4. Правила установки и эксплуатации сужающих устройств.

5. Правила соединения СУ с дифманометрами – расходомерами.

6. Особенности измерения расхода агрессивных жидкостей и газов.

7. Особенности измерения расхода пара.

Лабораторная работа № 7

Уровнемеры

Цель работы:

- изучить принцип действия, схемы измерения гидростатического уровнемера типа МЕТРАН-100ДГи Rosemount модели 2051;

- изучить способ передачи показаний с помощью HART-модема гидростатического уровнемера;

- изучить принцип действия и устройство электрического кондуктометрического уровнемера САУ фирмы ОВЕН.

 

Задание: Вывести текущие значения измеряемых величин на дисплей АРМа в пяти точках диапазона измерения уровня.

 

Общие сведения

По принципу действия уровнемеры делятся на:

1. Уровнемеры визуальные

2. Уровнемеры поплавковые

3. Уровнемеры буйковые

4. Гидростатические уровнемеры (дифманометрические и барботажные)

5. Уровнемеры ультразвуковые

6.Уровнемеры электрические (кондуктометрические, емкостные, тепловые)

7. Уровнемеры радарные

8. Уровнемеры волноводные

9. Уровнемеры радиоизотопные

10. Уровнемеры- сигнализаторы вибрационные

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на зависимости гидростатического давления столба жидкости высотой Н от высоты столба:

Рг = ρ g H,

где

ρ, g – плотность жидкости и ускорение св. падения, величины постоянные.

Гидростатические уровнемеры делятся на пьезометрические (барботажные) и дифманометрические.

Цель работы:

1. Изучение принципа действия уровнемера гидростатического на базе Метран 100 ДГ.

2. Ознакомление c коммуникационной средой HART и приобретение навыков работы с программой H- master.

3. Ознакомление с работой сигнализатора САУ-М6.

4. Ознакомление с работой цифрового вторичного прибора ТРМ200.

5. Поверка вторичного прибора ТРМ200.

Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на зависимости давления столба жидкости от высоты (уровня) столба:

Рг = ρ g H,

где ρ - плотность измеряемой среды; g – ускорение свободного падения в данной местности; H- измеряемый уровень.

 

Датчики разности давлений и датчики гидростатического давления (уровня) могут использоваться в резервуарах открытых, закрытых, но соединенных с атмосферой, в закрытых под давлением. Датчики разности давлений и датчики гидростатического давления (уровня) работают только с однородными, не агрессивными к материалу мембраны, жидкостями.

Датчики гидростатического давления (уровня) Метран-100-ДГ и датчики разности давлений Метран-100-ДД, используемые для измерения уровня, измеряют гидростатическое давление столба жидкости и обеспечивают непрерывное преобразование значения этого давления в унифицированный токовый сигнал и/или цифровой сигнал по HART-протоколу.

Давление столба жидкости определяется такими факторами, как уровень жидкости и ее удельный вес. Это давление не зависит от объема резервуара и его формы и определяется по формуле:

Датчики (сенсоры) гидростатического давления устанавливаются на боковой стенке резервуара вблизи дна (рис. 37). Возможна установка датчика в дно резервуара при условии доступа к нему во время монтажа и эксплуатации, а также при отсутствии возможности осаждения веществ, растворенных в жидкости, на мембране датчика.

Рис. 37. Измерение уровня в открытых резервуарах гидростатическим уровнемером

 

Принцип действия выходного преобразователя датчиков основан на использовании пьезорезистивного эффекта в гетероэпитаксиальной пленке кремния, выращенной на поверхности монокристаллической пластины из искусственного сапфира (технология КНС). Чувствительный элемент с монокристаллической структурой кремния на сапфире является основой всех сенсорных блоков ранних датчиков семейства «Метран». При деформации чувствительного элемента под воздействием входной измеряемой величины (давления или разности давлений) изменяется электрическое сопротивление кремниевых пьезорезисторов мостовой измерительной схемы на поверхности этого чувствительного элемента, нарушается равновесие моста и появляется токовый сигнал разбаланса.

Электронное устройство датчика преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный аналоговый сигнал постоянного тока и/или в цифровой сигнал в стандарте протокола HART, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485.

В памяти сенсорного блока (АЦП) хранятся в цифровом формате результаты калибровки сенсора во всем рабочем диапазоне давлений и температур. Эти данные используются микропроцессором для расчета коэффициентов коррекции выходного сигнала при работе датчика.

Цифровой сигнал с платы АЦП сенсорного блока вместе с коэффициентами коррекции поступает на вход электронного преобразователя (рис. 38), микроконтроллер которого производит коррекцию и линеаризацию характеристики сенсорного блока, вычисляет скорректированное значение выходного сигнала датчика и далее:

-для датчиков с кодами МП, МП1, МП2, МП3 передает его в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который преобразует его в аналоговый выходной сигнал или цифровой в стандарте HART (коды МП2, МП3);

-для датчиков с кодами МП4, МП5 при помощи драйвера RS485 по запросу выдает значения давления (в заданном формате) в цифровую линию связи.

 

 

Рис. 38. Клеммная коробка электронного преобразователя

 

1, 2 – клеммы для подключения контрольного прибора;

3 – крышка; 4 - клеммная колодка; 5 – болт для заземления корпуса; 6 – корпус;

7 – крышка; 8 – винт для подсоединения экрана кабеля; 10 – табличка с маркировкой взрывозащиты; 11 – внешняя кнопка установки «нуля».

Основными компонентами датчика Rosemount модели 2051 являются сенсорный модуль и блок электроники. В сенсорный модуль входят сенсорная система, заполненная маслом (разделительная мембрана, система заполнения маслом и сенсор), и электроника сенсора. Электроника сенсора устанавливается внутри сенсорного модуля и включает в себя температурный сенсор, модуль памяти и аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Электрический сигнал от сенсорного модуля передается на электронику выходного сигнала в блоке электроники. Блок электроники включает в себя электронную плату выходного сигнала, опциональные внешние кнопки конфигурирования и клеммный блок.

Описание стенда

Лаботрный стенд состоит из следующего комплекса технических средств (рис.39):

· Измерительный преобразователь для измерения уровня Метран 100 ДГ;

· Сигнализатор автоматический уровня (блок управления, измерительные зонды) САУ-М6;

· Электромагнитный клапан ЭМК-0-20 на подаче воды в емкость (клапан 1);

· Шаровой кран на сливе (клапан 2);

· Вторичный программируемый прибор ТРМ200;

· Понижающий трансформатор ТПП242 и диодный мост;

· Блок питания Owen;

· Преобразователь Hart \ RS232 Hart- модем Metran 681;

· Персональный компьютер (АРМ).

 

Прибор для измерения уровня Метран 100 ДГ предназначен для измерения гидростатического давления столба жидкости в ёмкости и обеспечивает непрерывное преобразование значения этого давления в унифицированный токовый сигнал. Поддерживает режим передачи цифровой информации по HART-протоколу одновременно с аналоговым сигналом 4-20мА по одной паре проводов. Установлен датчик на боковой стенке резервуара в близи дна с учётом мёртвой зоны.

Сигнализатор автоматический уровня (блок управления, измерительные зонды) САУ-М6 предназначен для обеспечивания контроля уровня, во избежании перелива эталонной ёмкости. При достижении верхнего уровня ( уровень 3), выходное реле замыкает цепь на сробатывание электромагнитного клапана.

Электромагнитный клапан ЭМК-0-20 на подаче воды в емкость, предназначен для подачи воды в ёмкость из водооборотной системы, срабатывает после переключения тумблера в положение «ВКЛ». Электромагнитный клапан ЭМК-0-20 на сливе, предназначен для слива воды из ёмкости в канализационную систему.

Вторичный программируемый прибор ТРМ200 обеспечивает преобразование сигнала датчика для индикации реального значения физической величины. Установлен вблизи эталонной ёмкости.

Понижающий трансформатор ТПП24 и диодный мост используются для получения выпрямленного напряжения питания электромагнитного клапана на сливе.

Блок питания Owen обеспечивает питание датчика Метран 100ДГ.

Преобразователь Hart - модем Metran 681 служит для связи интеллектуального датчика Метран 100ДГ с компьютером.

Персональный компьютер (АРМ), используется для работы в коммуникационной среде Hart. Служит для удалённого конфигурирования и работы с интеллектуальными датчиками

 

 

ПК

Рис.39. Структурная схема стенда

 

1) Cоленоидный клапан с электромагнитным приводом ( клапан 1);

2) САУ-М6; 3)Датчик уровня МЕТРАН-100ДГ; 4) Метран-681 HART-RS 232; 5) системный блок персонального компьютера; 6) монитор; 7) шаровой вентиль с ручным приводом (клапан 2); 8 – электроды кондуктометрического уровнемера САУ-М6.

 

Cтенд предназначен для измерения гидростатического давления, т. е. высоты столба жидкости в мерной ёмкости. Шкала емкости проградуирована в миллиметрах. Измерение уровня производится с помощью датчика давления Метран 100ДГ. Давление столба жидкости преобразуется в унифицированный токовый сигнал 4–20мА. Токовый сигнал поступает на вторичный микропроцессорный прибор ТРМ 200, а цифровой через Hart- модем на ПК. С помощью программы конфигурирования H-master проводится удаленное управление датчиком и наблюдение изменения показаний в зависимости от изменения уровня.

При переключении тумблера «СЕТЬ» в положение, подаётся питание на кондуктометрический сигнализатор уровня САУ-М6 и на блок питания БП24. Блок питания БП24 преобразует переменное напряжение 220В в выпрямленное 24В для питания датчика гидростатического давления. Подача воды в мерную ёмкость осуществляется через клапан 1 путём переключения соответствующего тумблера в положение «ВКЛ». Контроль уровня осуществляет микропроцессорный прибор САУ-М6. При замыкании электродов 1, 2, 3, 4 электропроводной жидкостью поочерёдно загорается световая сигнализация на лицевой панели прибора. При достижении уровня Lmax, что означает о достижении уровня жидкости до электрода 4, размыкается контакт на клапан 1, и замыкается на клапан 2. Происходит слив жидкости из мерной ёмкости. Срабатывает защита не допускающая перелива ёмкости. Для проведения произведения слива в ручную, предназначена кнопка слив, при нажатии которой клапан 2 откроется.

Таблица 11

Технические характеристики кондуктометрического сигнализатора уровня жидкости Овен САУ-М6

 

Номинальное напряжение питания прибора	220 В частотой 50 Гц
Количество каналов контроля уровня
Количество встроенных выходных реле
Максимально допустимый ток, коммутируемый контактами встроенного реле	4 А при напряжении 220 В 50 Гц (cos > 0, 4)
Напряжение на электродах датчика уровня	не более 10 В частотой 50 Гц
Сопротивление жидкости, вызывающее срабатывание датчика	не более 500 кОм
Тип корпуса	настенный (Н)
Габаритные размеры корпуса	130х105х65 мм
Степень защиты	IP44

 

Принцип действия прибора САУ-М6 при работе в системе автоматического поддержания уровня основан на использовании токопроводящих свойств жидкости для замыкания или размыкания электрической цепи при изменении уровня этой жидкости относительно электродов, установленных на определенных высотах в резервуаре (рис. 40). Соприкосновение жидкости с соответствующими электродами датчика уровня ведет к появлению электрических сигналов на входе прибора САУ-М6, где они обрабатываются по заданному алгоритму и формируют команды управления исполнительными электромагнитными реле.

В процессе работы ТРМ200 производит опрос входных датчиков, вычисляя по полученным данным текущие значения измеряемых величин, отображает их на цифровом индикаторе. В состав устройства входит:

два универсальных входа для подключения первичных преобразователей (датчиков);

· блок обработки данных, предназначенный для цифровой фильтрации и коррекции входной величины;

· два цифровых индикатора для отображения входных величин.

 

Рис.40. Структурная схема САУ-М6

 

ОВЕН ТРМ 200конструктивно выполнен в пластмассовом корпусе, предназначенном для щитового или настенного крепления. Все элементы прибора размещены на двух печатных платах. На лицевой панели расположены клавиатура управления прибором, цифровой индикатор и светодиод. На задней силовая и измерительная части, а также присоединительный клемник.

Нижний цифровой индикатор зеленого цвета отображает:

· текущее значение установленной в параметре iLU2 величины,

· значение параметра при программировании,

· название группы параметров в МЕНЮ.

 

Рис.41. Внешний вид прибора ТРМ 200

Свечение светодиода " RS " означает изменение значений параметров по сети RS-485.

Кнопки, находящиеся на передней панели прибора, имеют следующее назначение (рис.41):

– для увеличения значения программируемого параметра;

– для уменьшения значения программируемого параметра;

– для входа в меню программирования или для перехода к следующему параметру.

HART протокол использует принцип частотной модуляции для обмена данными на скорости 1200 Бод.

Для передачи логической “1” HART использует один полный период частоты 1200 Гц, а для передачи логического “0”- два неполных периода 2200 Гц. Как видно на рисунке, HART составляющая накладывается на токовую петлю 4-20 мА. Поскольку среднее значение синусоиды за период равно “0”, то HART сигнал никак не влияет на аналоговый сигнал 4-20 мА (рис.42).

Обмен данными между аналоговым датчиком и системой управления может осуществляться в цифровой форме с помощью стандартного коммуникационного протокола HART (Адресуемый магистральный дистанционный преобразователь), разработанный компанией Rosemount Inc.

Рис. 42. Временная диаграмма преобразования аналогового сигнала в цифровой код

 

Ход работы:

Включить стенд в сеть 220В. Напряжение на стенд подаётся при помощи тумблера «СЕТЬ» в положение «ВКЛ».

· Включить ПК, запустить программу Hart- master. Произвести поиск Hart устройств.

· С помощью тумблера «Клапан1», открыть электромагнитный клапан, после чего открыть кран на подаче воды.

· После набора воды до максимального уровня сработает САУ-М6 и откроет «Клапан 2». После чего обязательно закрыть кран на подаче воды.

· Записать показания по шкалы мерной емкости, градуированной в миллиметрах;

· Сохранить значения уровня жидкости в емкости, отображаемого на мониторе.

Выполняется в следующем порядке:

- выполняется подготовка к лабораторной работе;

-повторяется (изучается) принцип действия и устройство кондуктометрического и гидростатического уровнемеров;

- повторяется (изучается) схема подключения;

- изучается на стенде состав установки, порядок работы;

- в присутствии преподавателя выполняется включение стенда;

- выполнить конфигурирование ИК, измерение пяти значений уровня;

- выполняются расчеты и построение графиков.

Перечень применяемых приборов и датчиков:

- измерительный преобразователь для измерения уровня Метран 100 ДГ;

- сигнализатор автоматический уровня (блок управления, измерительные зонды) САУ-М6;

- электромагнитный клапан ЭМК-0-20 на подаче воды в емкость (клапан 1);

 

HART протокол по принципу “главный – подчинённый”, то есть полевое устройство отвечает запросу системы. Протокол допускает наличие двух управляющих устройств (управляющая система и коммуникатор). Существует два режима работы датчиков, поддерживающих обмен данными по HART протоколу:

- Режим передачи цифровой информации одновременно с аналоговым сигналом (предназначен для аналоговых АСУ ТП, а обмен по HART коммуникатора или компьютера).

- Многоточечный режим (датчик передаёт и получает информацию только в цифровом виде. Аналоговый выход автоматически фиксируется на минимальном значении и не содержит информации об измеряемой величине).

 

Программа конфигурирования HART-MASTER предназначена для конфигурирования и настройки интеллектуальных датчиков поддерживающих HART протокол.

Программа осуществляет следующие операции:

- Считывание переменных процесса.

- Считывание информации о HART устройстве и сенсоре.

- Тест устройства.

- Настройку устройства.

- Настройку сенсора.

- Настройку ЦАП.

Программа состоит из следующих компонентов:

- Исполняемого файла HartMaster.exe.

- Файлов справки HartMaster.hlp и HartMaster.cnt.

- Руководства пользователя в формате Adobe Acrobat – файл HartMaster.pdf.

- Поддиректории CFG с конфигурационными файлами.

Программа поставляется в виде исполняемого файла Setup.exe для операционной системы Microsoft Windows, при запуске которого производится установка программы в диалоговом режиме на компьютер пользователя.

Порядок работы

1. Включить стенд в сеть 220В. Напряжение на стенд подаётся при помощи тумблера «СЕТЬ» в положение «ВКЛ».

2. Включить ПК, запустить программу Hart- master. Произвести поиск Hart устройств.

3. С помощью тумблера «Клапан1», открыть электромагнитный клапан, после чего открыть кран на подаче воды.

4. После набора воды до максимального уровня сработает САУ-М6 и откроет «Клапан 2». После чего обязательно закрыть кран на подаче воды.

5. Снять следующие показания:

· со шкалы мерной емкости градуированной в миллиметрах;

· уровня жидкости в мерной емкости отображаемого на вторичном приборе ТРМ200 в %, первичным преобразователем которого является датчик Метран 100ДГ;

6. С помощью кнопки «Ручной сброс воды» мы можем фиксировать уровень жидкости в любой точке.

Таблица 12

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: