Выбор технических средств осуществлялся по многим критериям:
• соответствие ГОСТу;
• качество;
• надёжность;
• температурные диапазоны работы;
• регулировочный диапазоны работы;
• унифицированный выход сигналов;
• соответствие рабочим средам;
• технологическая совместимость ТС и т.д.
Для расчета исполнительного устройства, нам необходимы следующие данные:
Вязкость воды при 120°С 
Абсолютное давление насыщенных паров при 120°С 
Максимальная пропускная способность
Предварительно выбираем двухседельный РО, имеющий Dy=65мм и 
Определим число Райнольда
Т.к. Rey>2000, то влияние вязкости на расход не учитываем и выбранные РО проверяем на возможность возникновения кавитации.
Определим коэффициент сопротивления РО
Найдем коэффициент кавитации Ккав=0,49
Определим перепад давления, при котором возникает кавитация
DРкав=Ккав(Р1-Рнщ)=0,49*(2,2-0,198)=0,98Мпа
Заданный перепад давлений DРро больше DРкав, следовательно, выбранный РО будет работать в кавитационном режиме.
Исходя из полученных данных, было выбрано следующее исполнительное устройство:
Регулирующий клапан тип RV/UV210 компании «Немен».
· Диаметр DN 65мм;
· Kv max 63 м3/ч;
· Давление до 4 МПа;
· Максимальная температура 300°С.
· Ду 65
Рис. 2 Исполнительное устройство тип RV/UV210
При этом исполнительный механизм используется Regada электропривод прямоходный ST2.
· Питание 24 В
· Датчик положения
Рис. 3 Электропривод прямоходный ST2
Используемый расходомер:
Массовый расходомер RotaMASS компании «YOKOGAWA»
· Диаметр DN от 15 до 200мм;
· Температура -180… +350°С;
· Диапазон измерений массового расхода 0…300 т/ч;
· Максимальное рабочее давление до 25 МПа;
· Выходной сигнал 4…20 мА.
Рис. 4 Массовый расходомер RotaMASS
Используемый датчик уровня:
Уровнемер VEGAFLEX 86 компании «VEGA»
· Выходной сигнал 4…20 мА;
· Тросовый измерительный зонд до 75м;
· Точность измерения ±2 мм;
· Давление до 40 МПа;
· Температура процесса -196… +450°С;
· Рабочее напряжение 9,6… 35 V.
Рис. 5 Уровнемер VEGAFLEX 86
Рис. 6 Схема установки уровнемера VEGAFLEX 86
Используемый ПИД-регулятор:
ПИД-регулятор ИРТ 5501/М1 компании «Элемер»
· Количество каналов 2 (+1 виртуальный);
· Исполнения - общепромышленное, Ex ([Exia]IIC);
· Тип регулирования - позиционное, ПИД (самонастройка), ПДД (самонастройка), ручное;
· Объекты регулирования - ТЭНы, задвижки, заслонки, клапаны;
· Дискретные входы – 3 (реле или выходы управления оптосимисторами);
· 1 унифицированный токовый выходной сигнал (0...5, 0...20 или 4...20 мА);
· Погрешность - до ±0,1 %(класс А); до ±0,2 %(класс B);
· Встроенный блок питания - 24 В (22 мА) на каждый канал;
· Питание - ~90...249 В, (50±1) Гц;
· Потребление - 12 Вт;
· Климатическое исполнение –30...+50 °С;
· Пылевлагозащита IP54 (лицевая панель), IP20 (корпус).
Рис. 7 ПИД-регулятор ИРТ 5501/М1 и ИРТ 5501/М2
Рис. 8 Принципиальная схема
Низший уровень воды, при котором нет ещё опасности обнаружения стенок барабана котла, называется наинизшим допустимым уровнем воды. Он должен быть на 100 мм выше обогреваемых газообразными продуктами сгорания стенок барабана котла. Чтобы образующийся пар не уносил с собой значительное количество влаги, уровень воды не должен превышать некоторый предел, называемый верхним уровнем воды. Наинизший допустимый уровень воды должен быть не менее чем на 25 мм выше нижней видимой кромки стекла водоуказательного прибора, а наивысший допустимый уровень – не меньше чем на 25 мм ниже верхней видимой кромки стекла прибора. Объем воды, заключенный между нижним и верхним уровнями воды, называется питательным объемом. Питательный объем определяет то количество воды, которое может быть превращено в пар без подпитки котла водой.
Поэтому необходима противоаварийная защита. В нее включены следующие элементы.
Используемый сигнализатор уровня:
Вибрационный сигнализатор уровня VEGASWING 66
· Давление процесса до 16 МПа;
· Температура процесса -196… +450°С;
· Рабочее напряжение 9,6… 35 V;
· Выходной сигнал: пусто (не покрыт продуктом) 8 mA, полно (покрыт продуктом) 16 mA, сигнал неисправности <2 mA.
Рис. 9 Вибрационный сигнализатор уровня VEGASWING 66
Рис. 10 Схема установки сигнализатора уровня VEGASWING 66
Используемый запорно-регулирующий клапан для газа:
Запорно-регулирующий клапан тип RV103 с электромеханическим приводом компании «Немен»
· Диаметр DN от 15 до 50мм;
· Давление 1,6 МПа;
· Температура +0… +150°С;
· Kv max 40 м3/ч
Рис. 11 Запорно-регулирующий клапан RV103
Используемый регулирующий клапан для воды:
Регулирующий (запорный) клапан RV/UV 210 компании «Немен»
· Диаметр DN 65мм;
· Kv max 63 м3/ч;
· Давление до 4 МПа;
· Максимальная температура 300°С.
Рис. 12 Регулирующий (запорный) клапан RV/UV 210
Рис. 13 Структурная схема
Настройка регулятора
Для настройки регулятор опишем регулирующий клапан и его состояния.
Рис. 14 Варианты индикатора состояния клапана
Регулирующий клапан может находиться в одном из следующих состояний:
· открыто;
· закрыто;
· среднее (промежуточное) положение;
· открывается;
· закрывается.
Текущее состояние регулирующего клапана отображается цветом символа, процесс открытия и закрытия сопровождается миганием символа. Рядом с регулирующим клапаном обычно отображается числовое значение, показывающее степень его открытия в процентах.
Режимы управления
Регулирующий клапан обрабатывает команды управления в соответствии с приоритетом (в порядке убывания) режимов управления:
· управление от блокировок;
· автоматический режим;
· ручной режим.
| Управление от блокировок | Режим устанавливается и отменяется внешней командой и имеет приоритет над ручным и автоматическим режимами. В этом режиме регулирующий клапан управляется от сигналов на открытие или закрытие, формируемых внешними программами, например, блоком технологической защиты. Команды ручного управления от оператора в этом режиме игнорируются. |
| Автоматический режим | Оператор устанавливает этот режим кнопкой АВТ в паспорте регулятора. Кроме того, автоматический режим может быть установлен внешней командой. В этом режиме регулирующий клапан автоматически управляется таким образом, чтобы привести значение регулируемого параметра к значению задания регулятора. Команды ручного управления от оператора в этом режиме игнорируются. В автоматическом режиме возможны следующие режимы формирования задания: · режим внешнего задания; · режим локального задания. |
| Ручной режим | Оператор устанавливает этот режим кнопкой РУЧ в паспорте регулятора. Кроме того, ручной режим может быть установлен внешней командой. Оператор управляет регулирующим клапаном с помощью команд ручного управления из паспорта регулятора (кнопки МНОГО БОЛЬШЕ, БОЛЬШЕ, МНОГО МЕНЬШЕ, МЕНЬШЕ). Каждое нажатие приводит к открытию или закрытию регулирущего клапана на определенное количество процентов положения ИМ. Для остановки клапана в желаемом положении следует нажать кнопку СТОП. Степень открытия клапана следует контролировать по значению положения исполнительного механизма. |
| Режим локального задания | Режим влияет только на способ формирования задания и оказывает влияние на работу регулятора только в автоматическом режиме. Оператор устанавливает режим локального задания кнопкой ЛОК в паспорте регулятора. Кроме того, режим локального задания может быть установлен внешней командой. В этом режиме задание регулятора определяется вводимым из паспорта локальным заданием (заданием оператора). |
| Режим внешнего задания | Режим влияет только на способ формирования задания и оказывает влияние на работу регулятора только в автоматическом режиме. Оператор устанавливает режим внешнего задания кнопкой ВНШ в паспорте регулятора. Кроме того, режим внешнего задания может быть установлен внешней командой. В этом режиме задание регулятора формируется внешней программой, например, ФГУ или режимной картой. Задание оператора в этом режиме игнорируется |
| Коррекция задания | Регулятор может иметь возможность коррекции задания. Коррекция представляет собой положительную или отрицательную добавку к заданию регулятора, рассчитываемую в зависимости от значения корректирующих входов и соответствующих коэффициентов коррекции: КОРР = Корр1 * К1 + Корр2 * К2 где: КОРР - коррекция задания регулятора Корр1 - корректирующий вход 1 Корр2 - корректирующий вход 2 К1 - коэффициент коррекции 1 К2 - коэффициент коррекции 2 Оператор не имеет возможности включения/отключения коррекции задания. В то же время, коррекция может быть включена/отключена внешней командой. |
Таблица ниже показывает формирование действующего задания регулятора для разных режимов.
Таблица 1
| Режим локального задания | Режим внешнего задания | Наличие коррекции | Расчет задания регулятора | |||
| ЗДН = ЗДНлок | ||||||
| ЗДН = ЗДНлок + КОРР | ||||||
| ЗДН = ЗДНвнш | ||||||
| ЗДН = ЗДНвнш + КОРР | ||||||
| где: ЗДН | - | действующее задание регулятора | ||||
| ЗДНлок | - | локальное задание | ||||
| ЗДНвнш | - | внешнее задание | ||||
| КОРР | - | коррекция задания | ||||
Сигнализация
Нарушение в работе объекта приводит к записи сообщения в журнал событий и появлению мигающей рамки индикатора состояния. Цвет рамки соответствует цвету сообщения. Мигание снимается квитированием сообщения. Дальнейшее поведение рамки зависит от статуса нарушения: немигающая рамка будет отображаться на экране, пока нарушение не исчезнет. Типовой список сообщений объекта приведен в таблице.
Таблица 2
| Сообщение | Тип | Причина |
| Неисправность ПТК | Системное | Неисправность сигнала ввода/вывода защиты |
| Сброс внешнего ЗДН | Предупредительное | Режим внешнего задания отключен по причине неисправности |
| Сброс АВТ (ош.датч) | Предупредительное | Режим АВТ отключен по причине отказа датчика |
| Сброс АВТ (ош.мех-ма) | Предупредительное | Режим АВТ отключен по причине отказа механизма |
| Сброс АВТ (ош.рассогл) | Предупредительное | Режим АВТ отключен по причине большого рассогласования регулятора |
Специальные режимы
Существуют специальные режимы работы регулирующего клапана. Они отображаются во вкладке ПАРАМЕТРЫ. Индикатор состояния также отображает их текущее состояние. В случае наличия нескольких установленных специальных режимов в индикаторе состояния отображается один из них в соответствии с приоритетом:
· РЕМОНТ;
· СИМУЛЯЦИЯ;
· ОТКЛЮЧЕНЫСООБЩЕНИЯ.
Перевод клапана в режим РЕМОНТ означает, что его управляющие выходы снимаются. В этом режиме объект не формирует команд управления. Установка и сброс режима могут быть произведены на вкладке ПАРАМЕТРЫ.
Режим СИМУЛЯЦИЯ клапана является индикатором того, что какой-либо из его входных/выходных сигналов задан оператором. Для отображения режима предусмотрен индикатор во вкладке ПАРАМЕТРЫ. Установка и сброс режима из паспорта клапана не предусмотрены.
В режиме ОТКЛЮЧЕНЫСООБЩЕНИЯ блокируются все сообщения объекта. Режим используется при неисправности клапана, приводящей к генерации большого количества повторных сообщений. Установка и сброс режима могут быть произведены на вкладке ПАРАМЕТРЫ.
Нормальной является ситуация, при которой специальные режимы не установлены.
Доступ к управлению
В таблице ниже приведен перечень элементов паспорта, доступных оператору для управления
| Элемент управления | Описание | Вкладка паспорта |
| Кнопка РУЧ | Кнопка для перевода регулятора в ручной режим | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка АВТ | Кнопка для перевода регулятора в автоматический режим | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка ЛОК | Кнопка для перевода регулятора в режим локального задания | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка ВНШ | Кнопка для перевода регулятора в режим внешнего задания | ГЛАВНАЯ |
| Поле ЗДН | Задатчик локального задания регулятора | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка МНОГО БОЛЬШЕ | Кнопка для быстрого открытия регулирующего клапана | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка БОЛЬШЕ | Кнопка для открытия регулирующего клапана | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка МЕНЬШЕ | Кнопка для закрытия регулирующего клапана | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка МНОГО МЕНЬШЕ | Кнопка для быстрого закрытия регулирующего клапана | ГЛАВНАЯ |
| Кнопка СТОП | Кнопка для остановки регулирующего клапана | ГЛАВНАЯ |
| Верхняя граница бара | Задают границы бара (столбчатого индикатора), отображающего значение параметра в графическом виде. Также эти границы определяют максимальную и минимальную границы отображения тренда параметра на вкладке ТРЕНД-ГРАФИК. | ГЛАВНАЯ |
| Нижняя граница бара | ГЛАВНАЯ |
Снимаем переходную характеристику объекта. Для этого в ручном режиме выдаём управляющие воздействие на исполнительный механизм (в нашем примере закрываем подачу воды в барабан), нажимая на кнопку << 2 раза.
Рис. 15 Переходная характеристика
Рис. 16 Переходная характеристика
Рассчитываем Кп=выход/ур=(48.8462-41.1539)/(102.2998-86.8505)=0.5, Ти=13:38:56-13:38:40=16.
Заносим полученные значения в настройки регулятора и проверяем его работу. Для этого переводим регулятор в автоматический режим и меняем задание регулятора на 60 и 80 мм. (вносим в ячейку ЗДН значение 80) и переводим регулятор в автоматический режим (нажимаем кнопку АВТ).
Определяем оптимальные значения коэффициентов Кп и Ти. Для этого необходимо задать разные значения Кп при одинаковом значении Ти. Также необходимо менять значения Ти при одном значении Кп. Таким образом мы определим оптимальные величины данных коэффициентов.
Снимем переходные характеристики при разных значениях Кп и Ти=16.
Снимем переходные характеристики при разных значениях Ти и Кп=0.5.
Снимем переходные характеристики при меньшем Ти=12 и большом Кп=1.
Увеличение Кп или уменьшение Ти проводит к более быстрому выходу параметра к заданному заданию, при этом наблюдается перерегулирование. При уменьшении Кп или увеличению Ти выход параметра к заданному заданию затягивается. Оптимальные настройки необходимо выбирать в зависимости от работы исполнительного механизма, т.е. как часто будет выдаваться управляющие команды на срабатывание механизма за 1 секунды.
Список литературы
· А.С. Клюев, А.Т. Лебедев, С.А. Клюев, А.Г. Товарнов «Наладка средств автоматизации и автоматических систем регулирования» справочное пособие, 3-е издание, Москва, 2009
· П.Ю. Сокольчик «Исполнительные устройства систем управления технологическими процессами», Пермский государственный технический университет, 2010
· Г.И. Лапшенков, Л.М. Полоцкий «Автоматизация производственных процессов в химической промышленности», 3-е издание, Москва, 1988
· В.С. Балакирев, А.Э. Софиев «Применение средств пневмо- и годроавтоматики в химических производствах», 2-е издание, Москва, 1984
· ГОСТ 21.404-85 «Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах»
· ГОСТ Р 52931-2008 «Приборы контроля и регулирования технологических процессов. Общие технические условия»
Приложение 1
