Министерство образования и
науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный
университет им. С. Торайгырова
Кафедра ______________________________
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
КР.
По дисциплине ______________________________________________________
Тема _______________________________________________________________
________________
(оценка)
|
|
Руководитель
(должность, ученая степень)
(инициалы, фамилия)
_______________________ ___________________
(подпись)
(дата)
Студент
(инициалы, фамилия)
_______________________ ___________________
(подпись)
(дата)
(группа) |
2014
1 Правила выбора
датчиков для систем автоматизации
Существует множество параметров,
которые необходимо учитывать при выборе
датчиков. Один и тот же прибор может совершенно
по-разному себя вести в различных условиях:
хороший по всем параметрам датчик может
оказаться бесполезным, если не правильно
подобраны условия эксплуатации.
При выборе датчика необходимо
учитывать следующее:
Где планируется установить?
Установка датчика в емкость (резервуар),
в трубопровод, в выносную колонку, внутри
технологического оборудования (печь,
колонна, дымоход, холодильник).
Диапазон измерений датчика—
диапазон значений давления, температуры,
расхода или уровня, при подаче которого
датчик будет осуществлять измерения
и линейное преобразование измеренного
значения в унифицированный выходной
сигнал.
Температура измеряемой среды ‒
очень важный параметр при выборе датчиков.
При подборе датчика, необходимо чтобы
температура процесса не выходила за пределы
допустимого рабочего температурного
диапазона.
Тип соединения датчика с процессом —
тип механического включения датчика
в процесс, для осуществления измерений.
Наиболее популярными соединениями для
датчиков общепромышленного исполнения
являются резьбовые соединения G1/2″ DIN 16288
и M20x1,5. При подборе датчика тип соединения
необходимо уточнять для обеспечения
удобства монтажа в существующую систему
без осуществления дополнительных работ
(сварка, нарезка другого типа резьбы и т. п.)
При подборе датчиков следует
учитывать следующие параметры окружающей
среды:
‒ температура окружающей среды;
‒ влажность окружающей среды;
‒ наличие агрессивных сред.
Все параметры окружающей среды
должны находиться в допустимых пределах
для выбираемого датчика.
В случае наличия в окружающей
среде агрессивных веществ, многие производители
датчиков предлагают специальные исполнения,
устойчивые к химическим воздействиям.
При работе в условиях повышенной
влажности при частых перепадах температуры
датчики многих производителей сталкиваются
с проблемой коррозии сенсора или электроники.
Основная причина коррозии — образование
конденсата.
Тип выходного сигнала датчика. Самым
распространенным аналоговым выходным
сигналом для датчиков является унифицированный
токовый сигнал 4…20 мА.
Практически всегда 4 мА соответствуют
нижнему значению диапазона измерений,
а 20 мА – верхнему, но иногда встречается
реверсивный сигнал. Также в промышленности
встречаются датчики с другими типами
аналогового выходного сигнала, например:
0…1 В, 0…10 В, 0…20 мА, 0…5 мА, 0…5 В.
Требуемая точность измерений. При
расчете погрешности измерений датчиков,
необходимо учитывать, что помимо основной
погрешности существует дополнительная
погрешность.
Основная погрешность – значение
погрешности датчика относительно диапазона
измерений, заявленная заводом изготовителем
для нормальных условий эксплуатации.
Как правило, под нормальными условиями
эксплуатации понимают следующие условия:
температура окружающей и рабочей среды –
20 °C; нормальное атмосферное давление;
отсутствие турбулентности потока или
других явлений, в месте установки датчика,
способных повлиять на показания.
Дополнительная погрешность —
значение погрешности, вызванное отклонением
условий эксплуатации от нормальных, ввиду
особенностей данного конкретного применения.
Одной из основных составляющих дополнительной
погрешности является температурная погрешность,
которая указывается в технической документации
к датчикам и может быть рассчитана для
конкретного значения температуры рабочей
среды.
Также дополнительную погрешность
может вызывать турбулентность потока
измеряемой среды, изменение плотности
среды при гидростатическом измерении
уровня, динамические нагрузки на оборудование
во время перемещения в пространстве (судна,
транспорт и т. д.) и другие возможные факторы.
При расчете погрешности измерительной
системы в целом нужно также учитывать
класс точности измерительного прибора —
индикатора.
При подборе необходимо уточнять
следующие особенности применения:
Требования по гигиене: пищевая и фармацевтическая
промышленность предъявляют высокие требования
к датчикам по санитарности как в месте
контакта с продуктом, так и снаружи (как
правило, исполнение полностью из нержавеющей
стали).
Наличие сертификатов: зачастую,
для различных применений, помимо обычного
сертификата соответствия ГОСТ РК (или
декларации соответствия), требуются дополнительные
сертификаты. Например, для систем учета
необходим сертификат об утверждении
типа средств измерения; для применений
датчиков давления в пищевой промышленности
требуется заключение СЭС, для применений
на опасных производствах требуется разрешение
КазПромбезопасностии т. д.;
Требования по взрывозащите:
на взрывоопасных производствах (например,
нефтегазовая, химическая, спиртовая промышленности)
используются датчики во взрывобезопасном
исполнении. Наибольшее распространение
для датчиков получили 2 вида взрывозащиты —
искробезопасные цепи Ex ia и взрывонепронициаемая
оболочка Ex d, выбор которого обуславливается
спецификой применения.;
Тип измеряемой среды: если
измеряемая среда является вязкой, агрессивной,
слаботекучей или обладает какими-либо
другими специфичными свойствами (например,
наличие частиц грязи), эти особенности
также необходимо учесть.
Наличие внешних воздействий:
наличие вибрации, электромагнитных полей
или других механических или электрических
воздействий.
2 Выбор датчиков
для системы автоматизации
Для управления сложными техническими
объектами (процессами) с динамично изменяющимся
состоянием нужны распределенные компьютерные
системы, способные решать задачи в высоком
темпе реального времени. При создании
распределенных систем акцент делается
на развитие и применение распараллеливаемых
интеллектуальных методов управления,
распределенных вычислений и интеллектуальной
обработки информации. Сегодня это касается
и низового уровня управления. Интеллектуальными
узлами систем управления являются уже
не только промышленные компьютеры и контроллеры,
ими становятся также датчики и исполнительные
устройства.
Основные функциональные возможности
устройсива, которые можно отнести к классу
интеллектуальных датчиков (ИД).
Компенсация основных и дополнительных
погрешностей. Выделяются три вида компенсации:
‒ компенсация нелинейности;
‒ компенсация влияний температуры;
‒ компенсация изменений во
времени, вызванная деградацией первичного
преобразователя.
При этом, как правило, удается
в несколько раз уменьшить основную и
дополнительную погрешность. Интеллектуальный
датчик способен самостоятельно подстраиваться
под условия эксплуатации и непрерывно
регулировать свою работу в целях достижения
максимальной эффективности.
Оценка достоверности данных.
Возможность обрабатывать данные не только
выходного сигнала, но и дополнительных
параметров первичного преобразователя,
позволяет проводить непрерывную диагностику,
отслеживая неисправности и делая выводы
о достоверности измерений. В диагностику
входит контроль стабильности объекта
и состояния сенсора, а также отслеживание
слишком слабого сигнала, предупреждающего
об опасности полного отказа датчика.
Пользователи получают возможность автоматического
обнаружения обрывов провода, коротких
замыканий, неверных настроек, отказов
датчиков и модулей. Алгоритмы диагностики
первичных преобразователей, естественно,
зависят от их конструкции.
Возможность передачи данных
на цифровой интерфейс связи. Сокращение
аналоговых линий и передача информации
в цифровой форме позволяют обеспечить
независимость метрологических характеристик
канала измерения от внешних линий связи
и устройств передачи данных. Такой подход
устраняет необходимость в аналого-цифровых
преобразователях на уровне контроллера,
облегчает реализацию гальванической
развязки в каждом канале. Одной из привлекательных
характеристик интеллектуальных датчиков
является возможность подключать к одному
кабелю (последовательному каналу) несколько
датчиков и свести к минимуму количество
проводных линий связи, а в итоге добиться
большей надежности системы автоматики,
сократить сроки ее разработки, упростить
обслуживание.
Расширенные возможности связи.
Важнейшим аспектом внедрения интеллектуальных
датчиков является расширение интерфейса.
Применение цифровых интерфейсов позволяет
обеспечивать двухстороннюю связь датчика
с пользователем для гибкого управления:
перенастройки, калибровки, конфигурирования
и диагностики на расстоянии. Удаленное
конфигурирование включает в себя такие
функции, как настройка на объект, выбор
режима. Возможность перенастройки приводят
к унификации устройств, к тому, что несколько
разных датчиков заменяются прибором
одной модели, что дает преимущество как
в их производстве, так и в стоимости обслуживания.
Осуществление всего комплекса
цифровой обработки сигнала первичного
преобразователя. Это позволяет передавать
сигнал непосредственно в физических
величинах, т. е. в удобном представлении,
использовать управляемый объем выборки
для уменьшения влияния случайных составляющих,
оценивать временные и спектральные составляющие
сигнала первичного преобразователя,
осуществлять цифровую фильтрацию с управляемой
полосой частот, выбирать оптимальное
окно быстрого преобразования Фурье при
спектральном анализе.
Приведем примеры существующих
и по-настоящему функционально насыщенных
датчиков. Перечисление широкого спектра
их возможностей должно продемонстрировать,
что дает применение микропроцессорной
техники на этом уровне систем автоматизации.
В настоящее время к рассматриваемому
классу устройств можно отнести массовый
расходомер Promass 80F (рисунок 1). Расходомеры
семейства Promass предоставляют возможность
выполнять измерения различных параметров
процесса (масса/плотность/температура)
для различных условий процесса во время
измерения.
Концепция преобразователей Proline:
‒ модульность компонентов
и единый принцип управления повышают эффективность;
‒ функции регистрации данных
для повышения качества управления процессом.
Сенсоры Promass, испытанные и проверенные в более 100000
применений, предлагают следующие преимущества:
‒ стойкость к вибрации за счет
сбалансированной 2х-трубной измерительной системы;
‒ устойчивый к внешним воздействиям
корпус.
Простой монтаж без необходимости
подготовки входных и выходных прямых
участков
Кориолисовый принцип измерения расхода
не зависит от таких физических свойств
жидкости, как вязкость и плотность.
Высокоточное измерение расхода
жидкости и газа, например, нефтепродуктов,
смазочных материалов, горючих материалов,
сжиденного газа, растворителей, пищевых
продуктов и сжатого природного газа (CNG).
Рабочая температура жидкости
до +350 °C.
Рабочее давление до 100 бар.