Федоров С.Н. Основы автоматизациии производственных процессов. Лабораторный практикум
Подождите немного. Документ загружается.
Порядок выполнения лабораторной работы. На рисунке 3.6 показано
основное окно лабораторной работы. После его появления необходимо
выполнить следующие действия:
- включить электронный индикатор уровня (нажать на кнопку "Сеть");
- выдержать электронный индикатор уровня во включенном состоянии
10-15 мин. (текстовое поле "Время нагрева датчика");
- при прямом ходе установить датчик на определенное значение уровня по
показаниям миллиамперметра (с помощью слайдера "Перемещение
датчика");
- после перемещения линейки зафиксировать ее показания (клавиша
"Зафиксировать");
- произвести те же действия в том же порядке при обратном ходе, при тех
же значениях уровня, как и при прямом ходе;
- записать результаты измерений в таблицу и использовать их в
дальнейших расчетах.
Методические указания к выполнению работы. Результаты поверки
занести в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты поверки емкостного уровнемера
Поверяемое
(действительное)
значение уровня,
h
д
, %
Измеренное значение
уровня, %
Абсолютная
погрешность Δ, %
Приведенная
погрешность
γ, %
Вариация,
Δ
в
, %
при
прямом
ходе h
пр
при
обратном
ходе h
об
при
прямом
ходе h
пр
при
обратном
ходе h
об
Рассчитать основную абсолютную погрешность уровнемера по формуле:
дn
hh
,
где h
п
– показание прибора, h
д
– действительное значение уровня. Здесь в
качестве h
п
выбирается по максимуму значения Δ либо h
пр
(прямой ход), либо
h
об
(обратный ход).
Рассчитать основную приведенную погрешность уровнемера по формуле:
%100
нв
hh
,
где h
в
и h
н
– соответственно верхний и нижний пределы измерений.
Рассчитать вариацию показаний по формуле:
обрппрпв
hh
..
Занести полученные результаты в таблицу 1 и сравнить их с
паспортными данными.
51
Рисунок 3.6 - Основное окно лабораторной работы.
Требования к отчету. Отчёт по лабораторной работе должен содержать:
- цель работы;
- рисунок 3.4;
- таблицу 1 с результатами экспериментов и расчетов;
- выводы по работе.
Контрольные вопросы к разделу 3
В чем заключается разница между уровнемерами и сигнализаторами
уровня?
Какие уровнемеры относятся к механическим?
Что такое магнитоакустический эффект?
Можно ли с помощью уровнемера У1500 измерять уровень раздела нефть
- вода?
Для чего служит успокоительная труба?
В чем состоят конструктивные отличия емкостных уровнемеров для
проводящих и непроводящих сред?
52
РАЗДЕЛ 4. СРЕДСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Краткие теоретические сведения
Практически все объекты нефтяного производства являются пожаро- и
взрывоопасными, поэтому они в обязательном порядке оснащаются
различными пожарными извещателями и газоанализаторами.
Пожарные извещатели предназначены для обнаружения загораний и
передачи тревожного сигнала на дежурный пункт. Любая система пожарной
сигнализации состоит из трех основных частей:
- пожарных извещателей, включенных в сигнальную линию (луч или
шлейф) и преобразующих проявления пожара (тепло, свет, дым) в
электрический сигнал;
- приемно-контрольной станции, принимающей сигнал от извещателя,
передающей его дальше и включающей световую и звуковую сигнализации;
- автоматической установки пожаротушения.
Общая структурная схема системы пожаротушения, используемая в
настоящее время в промышленности, показана на рисунке 4.1. Она
представляет собой взаимосвязанную цепочку: пожарный извещатель –
приемный пульт пожарной сигнализации – щит автоматики – шкафы
управления электрозадвижкой и насосом.
Схема
обнаружения
пожара
Приемный пункт
пожарного
сигнала
Щит автоматики и щит
размножения сигнала о
пожаре
Шкаф управления
электрозадвижкой
Шкаф управления
насосами
Сигнал на открытие
электрозадвижки
Сигнал на запуск
пожарных насосов
Рисунок 4.1 - Структурная схема системы пожаротушения
Существующую пожарную сигнализацию можно разделить на три
основных типа:
- системы пороговой пожарной сигнализации;
53
- системы адресно-опросной пожарной сигнализации;
- системы адресно-аналоговой пожарной сигнализации.
Пороговая пожарная сигнализация. В этой системе каждый пожарный
извещатель (датчик) имеет прошитый еще на заводе-изготовителе порог
срабатывания. Например, тепловой извещатель такой системы пожарной
сигнализации сработает только при достижении определённой температуры и
подаст сигнал на контрольную панель пожарной сигнализации. Кроме того,
подобные системы представляют собой радиальную топологию построения
шлейфов сигнализации, когда от контрольной панели в разные стороны идут
кабели пожарных шлейфов - лучи. В каждый такой луч обычно включают
порядка 20-30 датчиков, и при срабатывании одного из них контрольная панель
отображает только номер шлейфа (луча), в котором сработал пожарный
извещатель.
Адресно-опросная пожарная сигнализация. Адресно-опросная система
сигнализации отличается от пороговой топологией построения схемы
(кольцевая архитектура) и алгоритмом опроса датчиков. Если контрольная
панель пороговой системы постоянно ждёт сигнала от пожарного датчика, то
контрольная панель адресно-опросной системы циклически опрашивает
подключенные пожарные извещатели с целью выяснить их состояние.
Подобный алгоритм, кроме локализации датчика, позволяет контролировать его
работоспособность. Типы сигналов, получаемых от датчика, могут быть:
«Норма», «Неисправность», «Отсутствие», «Пожар».
Адресно-аналоговая пожарная сигнализация. Сегодня это самые
передовые системы пожарной сигнализации. Они обладают всеми
преимуществами адресно-опросных систем и рядом своих достоинств.
Основным отличием таких систем от вышеописанных является то, что решение
о состоянии на объекте принимает контрольная панель, а не датчик. Сама
контрольная панель является сложным вычислительным прибором, который
производит непрерывный динамический опрос подключенных датчиков,
получает и анализирует значения их параметров. По результатам обработки
этих данных принимается окончательное решение. Сами датчики постоянно
передают значение характеристик окружающей среды (например, тепловые -
температуру) на контрольную панель, а сама панель следит за величиной этого
значения и динамикой его изменения. Подобная схема работы
позволяет выявлять очаги возгорания на самых ранних стадиях его развития и
своевременно предотвратить возможный ущерб.
Важнейшим элементом любой системы является датчик – пожарный
извещатель, который в зависимости от того, на какое именно проявление
пожара он реагирует, может быть дымовым (реакция на дым), световым
(непосредственно на пламя), тепловым (на повышающуюся температуру) или
комбинированным, т. е. реагирующим одновременно на несколько признаков.
Извещатели ИП-212-3СУ предназначены для обнаружения загораний,
сопровождающихся появлением дыма, и относятся к точечным,
восстанавливаемым, активным (токопотребляющим) дымовым оптическим
54
пожарным извещателям.
Принцип действия извещателя основан на контроле оптической
плотности окружающей среды путем сравнения с пороговым значением
амплитуды отраженных от частиц дыма импульсов инфракрасного излучения,
которые формируются схемой самого извещателя.
Структурная схема извещателя представлена на рисунке 4.2. Оптическая
система извещателя представляет собой два светодиода, один из которых
является источником, а второй – приемником инфракрасного излучения. При
этом в нормальных условиях, т.е. при отсутствии дыма, световые импульсы от
источника не попадают на приемник. Управляющие сигналы на схему
включения генерирующего светодиода формирует схема управления и
запоминания. Они поступают на генерирующий светодиод через схему
отключения.
При отсутствии дыма в чувствительной области оптической системы
сигнал светодиода - приемника, усиленный входным усилителем, не превышает
порогового значения, задаваемого схемой сравнения. Результат этого сравнения
в виде логического сигнала высокого уровня (верхний импульс на выходе
схемы сравнения) поступает на схему управления и запоминания и разрешает
прохождение кратковременного сигнала обнуления двоичного счетчика
(верхний импульс на схеме).
При появлении дыма импульсы инфракрасного излучения отражаются от
частиц дыма и попадают на светодиод - приемник, сигнал которого теперь уже
превышает пороговое значение. В этом случае схема сравнения формирует
логический сигнал низкого уровня для схемы управления и запоминания
(нижний импульс на схеме). Он блокирует обнуления счетчика, который при
повторении такой ситуации четыре раза подряд регистрирует сигнал «Пожар» и
запоминает это состояние. При этом посредством схемы отключения
светодиода прекращается контроль оптической плотности среды и со схемы
управления и запоминания сигнал срабатывания в виде логического сигнала
высокого уровня поступает на управление выходным ключом, который
открывается и уменьшает внутреннее сопротивление извещателя до величины
не более 500 Ом при токе 20 мА, что является сигналом срабатывания
извещателя для приемно-контрольного прибора.
Ток, протекающий через открытый выходной ключ, обеспечивает
свечение оптического индикатора (ОИ) извещателя, а также выносного
устройства оптической сигнализации (ВУОС), которое подключается к
розетке.
Возврат извещателя в дежурный режим из сработавшего состояния
(сброс) происходит, если с извещателя снять питание на время не менее 2 с.
При этом в схеме сброса формируется логический сигнал низкого уровня,
который поступает на схему управления и запоминания и обнуляет счетчик.
Технические характеристики:
- чувствительность соответствует задымленности окружающей среды с
оптической плотностью 0,05-0,2 дБ/м;
55
- инерционность срабатывания не более 5 с.
Оптическая плотность среды – это десятичный логарифм отношения
потока излучения, прошедшего через незадымленную среду, к потоку
излучения, ослабленного средой при ее частичном или полном задымлении.
Рисунок 4.2 - Структурная схема извещателя ИП 212-3СУ
Извещатели ИП330-5 «Ясень» предназначены для обнаружения
загораний по инфракрасному излучению пламени в закрытых взрывоопасных
помещениях всех классов. Уровень взрывозащиты – взрывобезопасный.
Извещатель срабатывает на расстоянии не менее 20 м от очага пожара
площадью 0,1 м
2
, состоящего из гептана или бензина.
Входной
усилитель
Оптическа
я система
Схема
отключения
светодиода
Схема
сравнения
Схема
управления и
запоминания
Схема
сброса
Выходной ключ Розетка
ОБЩ
+20 В
ВУОС
ОИ
56
Принцип работы извещателя поясняется функциональной схемой,
изображенной на рисунке 4.3.
Инфракрасный (И/К) фотопреобразователь 1 преобразует поступающее
U
C
– 1 часть полупериода
U
C
+U
0
– 2 часть полупериода
100 Гц
100 Гц U
C
+U
0
U
OP
-U
C
U
C
+U
0
U
C
U
C
И/К
фотопреобразова
тель (1)
Модулятор
(2)
Инвертор
(8)
Усилитель
(3)
Синхронный
детектор (6)
Сумматор
(9)
Сумматор
(14)
Синтезатор
частот (4)
Синхронный
детектор (7)
Усилитель
(13)
Полосовой
фильтр (10)
Кремниевый
фотопреобразова
тель (12)
Выходной
каскад (11)
Компаратор
(5)
Детектор
(15)
-U
C
В линию
сигнализа
ции
57
Рисунок 4.3 – Функциональная схема извещателя пламени ИП330-5
«Ясень»
на него излучение в напряжение. В модуляторе 2 сигнал модулируется
прямоугольными импульсами, поступающими с синтезатора частот 4. На
выходе модулятора появляются информативные полупериоды сигнала, которые
усиливаются усилителем 3. Каждый информативный полупериод состоит из
двух частей. Первая несет информацию об излучении, поступающем на
фотопреобразователь снаружи извещателя (информационный сигнал U
с
), во
второй части полупериода к этому сигналу прибавляется сигнал от внутреннего
излучающего светодиода (опорное напряжение U
o
).
Модулированный сигнал с усилителя 3 поступает на синхронные
детекторы 6 и 7. Детектор 7 выделяет сумму сигналов U
c
+U
o
. Информационный
сигнал U
c
, выделяемый детектором 6, инвертируется посредством инвертора 8 и
поступает на полосовой фильтр 10, сумматор 9 и компаратор 5.
Фильтр 10 выделяет из сигнала U
c
переменную составляющую частотой
100 Гц, которая усиливается, детектируется и подается на сумматор 9.
В сумматоре 9 происходит сложение инвертированного
информационного сигнала U
c
, суммарного сигнала (U
c
+U
o
) и
продетектированной переменной составляющей 100 Гц. В результате на выходе
сумматора получают опорный сигнал, амплитуда которого не зависит от
информационного сигнала и в котором учтено влияние искусственных
источников освещения, питающихся от сети переменного тока частотой 50 Гц
(результирующий опорный сигнал U
op
).
Полученный опорный сигнал суммируется с сигналом кремниевого
фотопреобразователя 12, что позволяет повысить помехоустойчивость
извещателя при воздействии на него солнечного излучения.
Результирующий опорный сигнал U
op
поступает на компаратор 5,
который сравнивает его с информационным сигналов U
c
. Если амплитуда
информационного сигнала выше уровня U
op
, компаратор формирует
управляющий сигнал, воздействующий на синтезатор частот. В результате
этого синтезатор частот меняет форму импульсов, поступающих на выходной
каскад 11, который выдает сигнал тревоги в линию.
Выходные сигналы извещателя в дежурном и тревожном режимах
показаны на рисунке 4.4.
Питающие напряжения, необходимые для работы схемы,
вырабатываются стабилизатором напряжения 12.
Основные технические характеристики:
- инерционность срабатывания не более 3 с;
- угол обзора не менее 60 град.
Комбинированный пожарный извещатель ДИП-1 предназначен для
обнаружения загораний, сопровождающихся проявлением дыма или
58
повышением температуры в закрытых помещениях, и представляет собой
комбинированное термофотоэлектрическое устройство.
0
Uвых
t
(14±2) мс
(114±10) мс
(15,0±0,3) B
а
0
Uвых
t
(14±2) мс
(114±10) мс
(15,0±0,3) B
б
Рисунок 4.4 - Выходной сигнал извещателя пламени ИП330-5 «Ясень»:
а) в дежурном режиме; б) в режиме тревожного извещения
Конструкция извещателя показана на рисунке 4.5. Корпус 3 извещателя
имеет защитную сетку 7, внутри которой расположена чувствительная к дыму
область 1, образованная пересечением телесных углов поля зрения источника
излучения 2 и неосвещаемого им непосредственно фотоприемника 6, которые
закреплены в каналах 4 держателя 5. При появлении дыма он свободно
проникает через защитную сетку 7 и попадает в чувствительную область 1. При
этом
излучение источника 2 отражается от частиц дыма и воздействует на фотопри-
емник 6, электрический сигнал которого, пройдя через устройство обработки,
вызывает сигнал тревоги.
Чувствительная зона 1 расположена непосредственно в пространстве
под защитной сеткой 7, вследствие чего время, необходимое для
проникновения частиц дыма из окружающей среды в чувствительную область,
минимально.
Отсутствие в чувствительной зоне каких либо элементов (например,
59
экранов и т.п.) исключает воздействие отраженного от них излучения на
фотоприемник 6, а переотражения от сетки практически отсутствуют, т.к.
отражение является диффузным и происходит с большим поглощением.
Возможность появления мощного переотраженного сигнала от поверхности
неоднородных элементов, находящихся в непосредственной близости от
источника излучения 2, например, от деталей держателя 5, устраняется, т.к.
держатель выполнен виде
α > 180˚
1
2
3
4
5
6
7
Рисунок 4.5 – Конструкция пожарного извещателя ДИП-1
равнобедренной призмы, в боковых гранях которой имеются каналы 4. Для
надежной помехозащищенности от индустриальных и оптических помех в
извещателе применяется импульсный высокочастотный режим работы
источника излучения 2, а в устройстве обработки электрического сигнала
предусмотрен избирательный усилитель, синхронизированный с источником
излучения 2.
Блок-схема извещателя приведена на рисунке 4.6. Схема работает
следующим образом. При появлении дыма в чувствительной области
извещателя модулированное излучение источника ИИ (светодиода),
отраженное от частиц дыма, воздействует на приемник излучения ПИ –
фотодиод. Далее преобразованный фотодиодом электрический сигнал
усиливается транзисторным усилителем У1 и поступает на вход усилителя У2,
с выхода которого выпрямленное напряжение подается на вход выходного
усилителя постоянного тока ВУ, нагрузкой которого являются светодиод
сигнализации С и электромагнитное реле Р. Таким образом, при попадании в
60