Республики узбекистан навоийский горно-металлургический комбинат

РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
НАВОИЙСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ
НАВОИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННИЙ ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Отдел МАГИСТРАТУРЫ

«УТВЕРЖДАЮ»
Начальник отдела магистратуры
_______________ доц. Тошов Б.Р
«_______» __________ 20___ г.

ОТЧЕТ
О НАУЧНО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
ЗА 1- СЕМЕСТР

Название темы:

«Тепловые методы системы измерения и контроля расхода газожидкостных потоков веществ»

Студент магистратуры: Ҳ.Б.Ражабов ____________________
Руководитель: д.т.н доц Т.В.Ботиров ____________________
Зав.кафедры: д.т.н доц О.А Жумаев _____________________

Дата регистрации на кафедре:

___________________________

Навои - 2021

Введение
Актуальность темы в том, что современная автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) представляет собой многоуровневую человеко-машинную систему управления. Создание АСУ сложными технологическими процессами осуществляется с использованием автоматических информационных систем сбора данных и вычислительных комплексов, которые постоянно совершенствуются по мере эволюции технических средств и программного обеспечения.
Уровень развития современных средств вычислительной техники позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления в реальном времени. Цифровые системы управления имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми, что выражается в простоте и гибкости реализации алгоритмов управления. На базе цифровой техники возможно построение многоуровневых, распределенных систем управления, взаимодействие между которыми осуществляется по компьютерным сетям.
Современные электропривода представляют собой сложные электромеханические системы, состоящие из преобразовательной техники, управляющих и информационных устройств и электрических машин. В последнее время все большее распространение получают электропривода с цифровым управлением, работа которых определяется микроконтроллером, формирующим требуемые алгоритмы и законы управления. Таким образом, функционирование современных электромеханических системы с цифровым управлением определяется не только исправностью отдельных блоков и узлов системы, но и корректностью используемого программного обеспечения, согласующего и контролирующего работу этих узлов.
Непрерывную во времени картину развития АСУ ТП можно разделить на три этапа, обусловленные появлением качественно новых научных идей и технических средств. В ходе истории меняется характер объектов и методов управления, средств автоматизации и других компонентов, составляющих содержание современной системы управления.
Первый этап отражает внедрение систем автоматического регулирования (САР). Объектами управления на этом этапе являются отдельные параметры, установки, агрегаты. Решение задач стабилизации, программного управления, слежения переходит от человека к системе автоматического регулирования. У человека появляются функции расчета задания и параметров настройки регуляторов.
Второй этап – автоматизация технологических процессов. Объектом управления становится рассредоточенная в пространстве система. С помощью систем автоматического управления (САУ) реализуются все более сложные законы управления, решаются задачи оптимального и адаптивного управления, проводится идентификация объекта и состояния системы. Характерной особенностью этого этапа является внедрение систем телемеханики в управление технологическими процессами. Человек все больше отдаляется от объекта управления, между объектом и диспетчером выстраивается целый ряд измерительных систем, исполнительных механизмов, средств телемеханики, мнемосхем и других средств отображения информации (СОИ).
Третий этап – автоматизация систем управления технологическими процессами – характеризуется внедрением в управление технологическими процессами вычислительной техники. Вначале – применение микропроцессоров, использование на отдельных фазах управления вычислительных систем; затем – активное развитие человеко-машинных систем управления, инженерной психологии, методов и моделей исследования операций и, наконец, диспетчерское управление на основе автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.
От этапа к этапу меняются и функции человека (оператора/диспетчера), призванного обеспечить регламентное функционирование технологического процесса. Расширяется круг задач, решаемых на уровне управления. Ограниченный прямой необходимостью управления технологическим процессом набор задач пополняется качественно новыми задачами, ранее имеющими вспомогательный характер или относящимися к другому уровню управления.
Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора электронных вычислительных машин или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.
Концепция SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition – диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.
Дружественность человеко-машинного интерфейса (HMI/MMI – Human/Маn Machine Interface), предоставляемого SCADA-системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность «рычагов» управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т. д. повышают эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводят к минимуму его критические ошибки при управлении.
Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка и управление в реальном времени, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сокращение сроков разработки проектов по автоматизации и прямых финансовых затрат на их разработку.
B настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления сложными динамическими системами (процессами).
Программируемые логические контроллеры являются основой для построения систем автоматизации во всех отраслях промышленности. Наряду с оборудованием известных производителей ПЛК, таких как Siemens, Schneider на сегодняшний день на рынке представлены новые разработки, отличающиеся прогрессивными техническими решениями.
Одним из основных источников погрешности тепловых расходомеров является нестабильность температуры входящего потока [1]. Чтобы уменьшить погрешность, вызванную изменением температуры, используют компенсирующие термопрмопреобразователи, что частично решает проблему. Тем не менее, если рассмотреть тренд разности температур (рисунок 47а) до и после участка нагрева, полученный при увеличении температуры входящего потока, то увидим следующее.
На участке А показания расходомера неизменны до момента времени прохождения более теплой жидкости. Участок Б характерен для момента, когда фронт теплой жидкости проходит мимо компенсирующего термопреобразователя, а участок В - для времени, когда фронт минул измерительный термопреобразователь. Разность показаний 8 обусловлена тем, что невозможно подобрать термопреобразователи с идеально совпадающими статическими характеристиками, что проиллюстрировано на рисунке 476 для термосопротивлений 1 и 2 одинаковой марки, выбранных из одной партии.
Для того чтобы нивелировать влияние температуры входящего потока и избежать появления разности в показаниях, а так же решить проблему влияния температуры внешней среды, нами была разработана схема автоматической балансировки мостовой схемы. Таким образом, в начале каждого цикла измерений расходомер автоматически балансирует мостовые схемы, что решает проблему длительного дрейфа баланса моста. Безусловно, автоматическая балансировка не позволяет избежать возникновения ошибок измерения, если температура входящего потока изменится во время измерений.
Чтобы оценить эффективность схемы автобалансировки, нами были проведен соответствующий эксперимент. В серии измерений мы стабилизировали расходы жидкости и газа на значениях 6,21-Ю"6 м3/с и 1,22-10"6 м3/с соответственно. Затем снимали показания расходомера, изменяя температуру входящего потока в пределах от 13 до 38 С. Приведенные графики на рисунке 48 дают возможность оценит как сказывается изменение температуры входящего потока на различных ИП и а измерений без автоматической балансировки мостовых схем в измерительном блоке. Графики на рисунке 49 демонстрируют результаты при включенной балансировке мостов.
Можно видеть, что с ростом температуры входящего в расходомер потока всего на 1 С возникает существенное искажение результатов при отключенной автобалансировке. В то же время автобалансировка мостовых схем перед каждым измерением позволяет работать расходомеру в диапазоне температур 13-38 С. Таким образом, можно сделать вывод, что автобалансировка работает достаточно успешно. Чтобы еще лучше компенсировать влияние температуры потока, необходимо использовать АЦП большей разрядности, что ускорит и сделает более точной автобалансировку мостовых схем.
Если принять 25 С за базовую точку, то влияние ТВх как неинформативного параметра можно показать так, как это сделано в таблице 27.
Согласно нашим наблюдениям, температура окружающей среды оказывает влияние как на элементы ПИП, так и мостовые схемы ИБ. Мы провели два эксперимента, чтобы оценить влияние ТОКР на погрешность измерений. В обоих экспериментах температура входящего потока и расходы жидкости и газа были стабилизированы, и составили соответственно 24-25 С, 1,14-Ю"6 м3/с и 1,0-10 б м3/с. Все остальные факторы, перечисленные в таблице 3 также были стабилизированы. В первом эксперименте изменяли температуру окружающей среды, температура измерительного блока оставалась 20 С. Во втором эксперименте действовали наоборот. Результаты на рисунке 50 иллюстрируют воздействие изменения температуры окружающей среды на показания ИП при наличии или отсутствии автобалансировки основных блоков расходомера (измерительный блок и ПИП №3).
Анализ графиков показывает, что Т0КР влияет больше на измерительный блок, чем на ПИП, а также что автобалансировка на несколько порядков снижает погрешность, вносимую изменением температуры окружающей среды. Однако полной компенсации не происходит, и комплекс мер (автоматическая балансировка мостовых схем и внешняя термоизоляция ПИП) полностью проблемы не устраняют. Чтобы решить задачу компенсации изменения внешней температуры, мы предлагаем следующие пути решения:
1. Как и в случае с температурой входящего потока, увеличить разрядность АЦП и улучшить помехозащищенность электронной схемы расходомера, что в целом повысит эффективность автобалансировки.
2. Консервативные методы (компенсационные спаи, термостатирование и т.д.)
Существуют и другие пути решения задачи. Например, возможна реализация коррекции в соответствии с температурой внутри измерительного блока. Однако, на наш взгляд, такое решение существенно усложнит промышленное изготовление и градуировку прибора.
Для термоизоляции ПИП обычно применяют стоячий воздух в корпусе или полимерные наполнители (пена). Это помогает справиться с быстрыми изменениями внешней температуры за счет малой теплопроводности изолятора. Развивая эту идею можно прийти к заключению, что вакуумированный корпус из материала с низкой теплопроводностью будет идеальным. Но и это не решит проблему изменения внешней температуры в такой ситуации как смена дневной температуры на ночную. Поэтому, даже если удастся найти оптимальное с точки зрения технологии изготовления решение, этот вариант тоже нельзя считать приоритетным.
В машиностроении с целью продления работы кинематических пар используют прием подбора компонент сборки. Суть приема заключается в том, чтобы подобрать из большого количества деталей оптимальную пару (например, с наименьшим зазором). На машиностроительном производстве это может оказаться дорогостоящей и сложной операцией, но в нашем случае, поскольку измерять электрические величины можно быстро и точно, такая операция вполне оправдана. Разумеется, при условии серийного производства расходомера.