Технические характеристики воздухонагревателя ТАГ – 100

 

где - КПД вентилятора

- КПД передачи между двигателем  и вентилятором.

Подставив в последнюю формулу величину H, называемую напором вентилятора и равную 

 

                                          

, м                                          (1.5)

Используя исходные данные, подставим значение, производительность по воздуху   v=8500 м³/ч = 2,4м³/с, тогда

                                        

                                         (1.6)

где g = 9,8 м/с – ускорение свободного падения.

 

получим:

                                   

, кВт                                 (1.7)

 

( Н равняется  высоте, на которую может подняться  вертикально вверх тело массой  , обладающие начальной скоростью v)

Воздух нагнетаемый вентилятором, проходит на своем пути от приемной камеры до вентилируемого помещения целый ряд воздуховодов, фильтров жалюзи, регулирующих задвижек и т.п. Все эти устройства оказывают некоторое сопротивление движению воздуха, т.е. для создания определенного расхода воздуха через них требуется определенный напор. Зависимость напора от расхода воздуха в вентиляционной системе называется характеристикой системы. (Рисунок) В большинстве случаев потеря напора в системе зависит от расхода во второй степени или близкой к двум. Если какие либо потребители подключаются или отключаются от системы, то характеристика системы меняется. На рисунке  кривая 1 соответствует системе с большим числом подключенных потребителей, кривая 2 с меньшим. Т.к. в рассматриваемой системе предполагается подключение потребителей в количестве не более 2х. То для расчета используем вторую кривую.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.8 - Характеристики вентиляционной системы.

 

По графику  в зависимости от напора Н = 0,3 м, находим  значение расхода воздуха Q = 0,5 м³.

Связь между  Q, H, приведена в виде графика механических характеристик вентилятора на рисунке.

Кривые  Q – H построены для различных относительных скоростей вращения от 0,5 до 1,3 , где - скорость, соответствующая максимально возможному КПД вентилятора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1.9 - Механические характеристики центробежного вентилятора

 

 На  основании данной зависимости  найдем  =0,75, = 600 об/мин

Подставим полученные значения и найдем мощность двигателя вентилятора.

2,4 кВт                  

 

Так как  вентилятор крепится непосредственно  на вал двигателя, то коэффициент  передачи между двигателем и вентилятором =1

 

Далее при помощи справочника//, по расчетной мощности исходя из условия Рдв> КзР, где Кз=1,15 – коэффициент запаса.

кВт

Выбираем  двигатель типа 4А112МВ8У3 Р=3кВт, n=750 об/мин, η= 76,5%

Пусковые  моменты вентиляторов, как правило составляют 30…35% от номинального, поэтому проверки достаточности пускового момента не требуется. 

Момент  инерции на валу ротора не велик, поэтому  расчетом на нагрев можно пренибреч.        

 

1.3.5   Выбор оптического датчика

 

Для защиты системы от самопроизвольного затухания  факела в системе должем быть предусмотрен оптический датчик, работающий в видимом диапазоне. В качестве оптического датчика предлагается использовать устройство HFD3023-500.

 

 

 

 

 

Рисунок 1.10 - Внешний вид и принципиальная схема оптоприемника HFD3023-500

HFD3023-500 –  оптические приемники для передачи  сигнала 850 нм в оптоволоконных  системах связи. Устройство состоит  из микросхемы с интегрированным  фотодиодом и схемой усилителя,  а также выхного транзистора с открытым коллектором. Наличие подобного выхода позволяет подключать устройство непосредственно ко входу TTL. Таким образом, излучатели серии HFD3023-500 конвертируют оптический сигнал и передают его на TTL. Излучатели выпускаются в стандартном металлическом корпусе ТО-46. Для минимизации шумов источника питания и улучшения параметров выходного сигнала между напряжением питания Vcc и землей должен быть подключен развязывающий конденсатор 0,1 мкФ. Дополнительное экранирование корпуса и выводов фото приемника также поможет сократить помехи.HFD3023-500 предназначена для замены фото приемников предыдущего поколения HFD3023-002.

Оптическое  излучение воздействует на фотодиод и преобразуется в электрический  ток, который поступает в схему DC усилителя и передается на открытый коллектор транзистора. Выход через  резистор может быть соединен напрямую с TTL нагрузкой. Электрический сигнал обратно пропорционален входному световому  сигналу.

При засветке фотодиода на выходе формируется  сигнал низкого логического уровня. При отсутствии засветки выход, соответственно находится в высоком логическом уровне. При разработке схемы важное значение уделяется параметру искажения формы импульса, т.е. увеличению ширины импульса на выходе (для оптических входов высокого уровня) за счет генерации неравновесных НЗ. Время спада импульса приводится в технической документации и зависит от мощности падающего излучения, температуры и частоты следования световых импульсов. Для данной схемы это время не превышает 6 нс. При необходимости в схему вводятся внешние корректирующие элементы.

 

 

 

 

1.3.6  Выбор  термодатчика

 

Для измерения температуры в системе генерации тепла применяются термопреобразователи сопротивления (ТПС) фирмы «Взлёт», которые могут работать в жидкой, воздушной и сыпучих средах.

Принцип действия ТПС основан на использовании зависимости электрического сопротивления материала чувствительного элемента от температуры. Резистор чувствительного элемента выполнен напылением или в виде спирали из платиновой проволоки и помещен в защитную оболочку. Выводы резистора подключены попарно к четырем проводникам. Схема соединений ТПС представлена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.11 – Схема соединений ТПС

 

Рисунок 1.12 – Внешний вид ТПС

Датчики температуры используются для контроля температуры воздуха в рабочем помещении.

 

1.3.7   Выбор датчика топлива

 

Поскольку топливом для воздухонагревателей  ТАГ-100 является природный газ, в  качестве датчиков топлива используем датчики давления. Датчики давления 415ДД, выпускаемы ООО”Пьезоэлектрик”,  предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Рисунок 1.13 – Датчик давления ПД415

 

Датчики обеспечивают непрерывное преобразование измеряемого давления в унифицированный токовый выходной сигнал, а также релейный управляющий сигнал для дистанционной передачи измеряемых величин.

Измеряемые  среды: жидкость, пар, газ, газообразный кислород

Основная  погрешность: ±0,25%.

Выходные  сигналы: 

аналоговый  сигнал 4-20 мА, 0-5мА, 0,4-2В;

 

 

 

 

 

 

1.3.8   Выбор управляющего контроллера

1.3.8.1   Определение количества дискретных  и аналоговых входов и выходов  контроллера

 

Согласно  функциональной схеме системы генерации  тепла (пункт 1.3.1) в процессе управления воздухонагревателями ТАГ-100 задействовано  следующее количество датчиков:

Аналоговых:

• Датчики давления ПД415 – 7 шт.
• Датчики температуры ТПС – 6 шт.

Дискретных:

• Магнитные датчики вращения РДКС-03А – 6 шт.
• Оптодатчики наличия пламени HFD3023-500 – 6 шт.
• Датчики напряжения ДНД-1 – 13 шт.

Также для  осуществления процесса управления требуется включение 18 реле исполнительных устройств.

 

1.3.8.2   Выбор ПЛК

 

Современное производство, имеющее в своей  основе множество разнообразных  и сложных технологических процессов, требует от систем автоматизированного  и автоматического управления высокой  степени надёжности, удобства в обращении  для разработчиков и операторов, открытости для взаимодействия с  другими органами управления. Всем этим характеристикам вполне соответствует  оборудование для систем автоматизации, выпускаемое фирмой Siemens /3/ . Отличительной особенностью оборудования SIEMENS является его высокая надежность даже в незащищенном исполнении. Другим достоинством можно назвать очень широкую номенклатуру дополнительного оборудования: различные типы датчиков, преобразователей, коммуникационные модули, модули позиционирования, модули памяти, модули буферных батарей и т.д.

В состав семейства программируемых логических контроллеров (ПЛК) входят  SIMATIC S7-400, SIMATIC S7-300, SIMATIC S7-200 и программируемые модули LOGO!. Каждый из них имеет свою функциональность и предназначен для обслуживания технологических объектов различной степени сложности. В частности, ПЛК SIMATIC S7-200 предназначены для построения относительно простых систем автоматического управления, отличающихся минимальными затратами на приобретение аппаратуры и разработку системы. ПЛК способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP, MPI, AS-Interface, MPI, PPI, MODBUS, а также через модемы. Кроме этого в линейке поддерживаемого оборудования предлагается достаточное количество модулей расширения (сигнальных модулей), позволяющих решить множество задач промышленной автоматизации локальных технологических процессов.

Проанализировав возможности рассмотренных моделей  контроллеров и сопоставив их по показателю «цена-функциональность», был сделан выбор модели SIMATIC S7-200 CPU224XP.

 

1.3.8.3  Основные характеристики ПЛК

 

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 характеризуются  следующими показателями: высокое быстродействие; время выполнения 1К логических инструкций не превышает 0,22 мс; наличие конфигурируемых областей памяти для необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера; универсальность входов и выходов центральных процессоров: стандартные дискретные входы и выходы, входы скоростного счета, импульсные выходы; наращивание количества обслуживаемых входов и выходов за счет использования модулей расширения и/или систем распределенного ввода-вывода на основе AS-Interface; универсальность встроенного интерфейса центральных процессоров: поддержка протоколов PPI/MPI/USS/MODBUS, свободно программируемый порт; использование картриджа памяти для регистрации данных и сохранения электронных версий технической документации; возможность редактирования программы без перевода центрального процессора в режим STOP; компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20; простое подключение внешних цепей через терминальные блоки с контактами под винт; защита всех токоведущих частей открывающимися пластиковыми крышками; соединение модулей с помощью плоских кабелей, вмонтированных в каждый модуль расширения; напряжение питания ~115/230В и дискретными выходами в виде замыкающих контактов реле с нагрузочной способностью до 2А на контакт; входной порт дискретных сигналов – 14 бит; выходной порт дискретных сигналов – 10 бит; входной порт аналоговых сигналов – 2 разъёма; выходной порт аналоговых сигналов – 1 разъём; встроенный интерфейс RS 485 (один или два) используется для программирования контроллера и для включения контроллера в MPI/PPI сети со скоростью передачи до 187.5 Кбит/с; оснащен встроенным блоком питания 24 В для питания датчиков; дискретные входы рассчитаны на сигналы напряжением 24 В.

 

 

Поскольку число дискретных и аналоговых входов/выходов  контроллера не соответствуют количеству используемых в системе управления датчиков и исполнительных устройств, произведем выбор модулей расширения портов ввода/вывода.

Система управления требует подключения  к ПЛК 13 аналоговых датчиков (из них 6 типа “термопара”) и 25 дискретных датчиков, а так же 12 реле исполнительных устройств.

Таким образом нам потребуется:

• Два модуля расширения ЕМ231 231-7PD22-0XA0 – для подключения датчиков температуры ТПС
• Два модуля расширения ЕМ231 231-0HC22-0XA0 – для подключения датчиков давления ПД415
• Один модуль расширения EM221 221-1EF22-0XA0 – для подключения 3-х дискретных датчиков
• Один модуль расширения EM223 223-1PH22-0XA0 – для подключения 8-ми дискретных датчиков и 8-ми реле исполнительных устройств