سیستم های ابزار دقیق

 

ابزارهای دقیق:

1- آشنایی کلی با تعمیرات ادوات مورد نیاز در تعمیر ابزارهای دقیق

2- آشنایی و کار در تعمیرات و میزان کردن فشارسنجها و حرارت سنجها

3- آشنایی و کار در تعمیرات شیرهای کنترل و آزمایش صحت کار آنها

4- آشنایی و کار در تعمیرات اندازه گیرهای جریان و سیالات و گازها، فشار، درجه حرارت و سطح مایعات و غیره

5- کمک در تعمیرات دستگاههای نشان دهنده پیچیده مانند:

Gas chormatorgaph, Analysers PH-Meter, Viscosity Meter, ETC

6- آشنایی و کار در جهت تعمیرات اضطراری و فوری ابزار دقیق در محل دستگاههای پالایش و یا اطاق کنترل

7- شناسایی و تعمیر نشان دهنده های سطح مایع و درجه حرارت در مخازن

8- شناسایی و تعمیر دستگاههای DATA LOGGER

9- آشنایی و کار در تنظیم انواع RECORDER های الکترونیکی و نیوماتیکی

10- شناسایی و تعویض انواع ترموکوپل و طرز استفاده از IC=Bor

11- آشنایی با سیستمهای کلی کنترل الکترونیک، نیوماتیک و بررسی مدارهای آن.

ابزار دقیق

ابزارهای دقیق که به منظور اندازه گیری، سنجش و کنترل مقدار فشار، جریان، ارتفاع سطح مایعات، حرارت، الکتریسیته و ... به کار می روند از حساس ترین وسایلی هستند که در استخراج و تصفیه نفت و گاز مورد استفاده قرار می گیرند.

استعمال وسایل فوق نه تنها از نظر اقتصادی کاملاً مقرون بصرفه است، بلکه در بسیاری موارد عدم استفاده از آنها غیرممکن می باشد و اداره نمودن دستگاه ها کاملاً مختل میگردد.

سیستم های ابزار دقیق در مواردی چون اندازه گیری کمیت های فیزیکی، مانیتورینگ و نیز به عنوان جزئی از سیستم های کنترل اتوماتیک مورد استفاده واقع می شوند.

همان طور که در شکل دیده می شود، یک حلقه کنترلی ساده شامل یک primary element به عنوان سنسور یا حسگر، transmitter برای تبدیل مقدار sense شده به هوای 3 تا 15 psi (و یا جریان 4 تا 20 mA)، کنترلر و در نهایت یک actuator به عنوان عملگر می باشد.

 

1- سنسورها و ترانسیمیترها:

در سیستم های ابزار دقیقی چهار عمل اصلی به عنوان وضعیت کنترل عبارتند از:

- دما temperature

- فشار pressure

- جریان flow

- ارتفاع level

بجز وضعیت های مذکور مواردی مانند: analyzing, PH conductiviy, gasdetection, و دور موتور (توسط گاورنر) و ... در یک واحد پالایشگاهی قابل ذخیره، ثبت و نمایش        می باشد.

برای اندازه گیری هر یک بعد از نصب یک المان اولیه از یک ترانسمیتر به عنوان المان ثانویه استفاده می شود. به طور مثال سنسورهایی مانند لوله بوردن در اندازه گیری فشار و دما و نیز orifice plate در اندازه گیری فلو به عنوان المان اولیه مورد استفاده قرار می گیرند.

الف) اندازه گیری دما:

گالیله اولین کسی بود که دماسنج را جهت اندازه گیری دمای اجسام ساخت. دماسنج ابداعی گالیله براساس انبساط حجم هوا کار می کرد.

مهمترین روش های اندازه گیری دما توسط دستگاه های سنجش غیرالکتریکی عبارتند از اندازه گیری با استفاده از:

1- انبساط مایعات

2- انبساط گازها

3- فشار تبخیر

4- دو فلز غیر همجنس (بی-متالیک)

در صنعت معمولاً از روش های الکتریکی برای اندازه گیری دما استفاده میکنند؛ که مهمترین ابزار برای این منظور، RTD و ترموکوپل می باشند.

ترموکوپل به دلیل رنج حرارتی بالا برای اندازه گیری دمای قسمتهای مختلف کوره‏ها مناسب تر و از نظر اقتصادی نیز به صرفه تر می باشد.

در صنعت نفت معمولاً بنا به کاربرد از ترموکوپل های نوع K (متشکل از دو فلز کرومل و آلومل)، و یا نوع J (آهن و کنستانتان) استفاده می کنند.

از RTD برای رنج های متوسط (کمتر از 300 درجه سانتیگراد) مثل اندازه گیری مای کمپرسورها و پمپ ها استفاده می شود.

RTD در مدار به صورت دو سیمه، سه سیمه و یا چهار سیمه بکار می رود که روش سه سیمه مرسوم تر است (زیرا با این روش اثر مقاومت سیم حذف می گردد):

ب) اندازه گیری فشار:

مرسوم ترین روش برای اندازه گیری فشار، استفاده از pressure gauge می باشد.

pressure gauge ها (و در مجموع تمام ابزارهای دقیق) را می توان از یک لحاظ به دو دسته Null-type و Deflection-type تقسیم نمود.

در نوع deflection، مقدار کمیت مورد اندازه گیری متناسب با میزان حرکت و انحراف یک عقربه می باشد؛ در صورتی که در نوع null این گونه نیست. به طور مثال در weight, dead-weight pressure gauge ها یا وازنه ها در روی پیستون قرار می گیرند تا وقتی که نیروی رو به پایین وارده، نیروی حاصل از فشار مایع را خنثی نماید؛ و پیستون به یک خط مبدأ، که null point نامیده می شود، برسد.

از آنجایی که کالیبراسیون وزنه ها آسان تر از کالیبراسیون فنرهای مورد استفاده در نوع deflection می باشد، عموماً دسته ی دوم از دقت بیشتری برخوردار است.

در واحدهای عملیاتی معمولاً از نوع انحرافی استفاده می گردد ولی برای تست و کالیبراسیون آنها از null-type که دقیق تر می باشد، استفاده می گردد.

در pressure gauge های انحرافی از انواع مختلفی عوامل اولیه اندازه گیری فشار استفاده می شود؛ مانند: bellows, diaphragm, capsule, bourdon tube و ...

لوله بوردون در صنعت استفاده ی بسیار گسترده ای دارد و برای اندازه گیری فشار مایعات و گازها استفاده می شود.

فشار مورد اندازه گیری به سر ثابت لوله بوردون اعمال می گردد و باعث خمش بیشتر سر آزاد آن می گردد.

یک شکل متداول لوله بوردون، c-type می باشد.

دو شکل دیگر آن helical و spiral می باشد که معمولاً در فشارهای بالاتر از آنها استفاده می شود.

فشارسنج نوع کپسول برای اندازه گیری فشارهای کم و خلأ به کار می رود و مورد اندازه گیری آن هوا یا گاز می باشد.

نوع بیلوز معمولاً برای میدان اندازه گیری 3 تا 15 پوند بر اینچ مربع و بیشتر به عنوان یک گیرنده فشار با کمیت های دیگر مورد استفاده می باشد.

دستگاه Dead Weight Tester:

یکی از روش های مورد استفاده برای کالیبراسیون فشارسنج ها در پالایشگاه، استفاده از دستگاه dead weight tester می باشد.

اگر وزنه ای بر روی پیستون (4) قرار دهیم، ایجاد فشاری در دو شاخه ی دیگر می نماید و از آنجایی که با تقسیم مقدار وزن بر سطح، فشار بدست می آید، با در دست داشتن سطح پیستون و مقدار وزنه، فشار حاصله را می توان حساب کرد.

با چرخاندن دسته ی شماره (1)، پیستون (4) به حالت تعادل در می آید. حال فشار مورد نظر را به کمک وزنه های استاندارد و پیستون ایجاد می کنیم و این فشار (فشار روغن درون دستگاه) توسط فشارسنج نشان داده می شود و به این ترتیب می توان دید که فشارسنج سالم و دقیق است یا خیر.

در هنگام تنظیم باید دقت نمود که سه نوع خطا ممکن است وجود داشته باشد:

خطای zero که در آن همه فشارها دارای یک خطای ثابت می باشند؛ خطای span که در آن خطاها به صورت مضربی زیاد می شود؛ و یا خطای زاویه ای که در آن خطا به صورت نامنظم می باشد (مثلاً تا نیمه بدون خطا و پس از آن همراه با خطا). برای رفع هر کدام از خطاهای فوق روش خاصی به کار برده می شود.

دستگاه Manometer Gauge Tester:

مانومتر دستگاهیست از نوع null-type که از دقت بسیار بالایی برخوردار است و فشارسنج هایی که در شرایط حساس تر استفاده می شوند معمولاً با این روش کالیبره می شوند.

وقتی برای میزان کردن فشارسنج از مانومتر استفاده می کنیم، حتی اگر مایع داخل آن جیوه باشد باز فشار زیادی را نمی توان ایجاد کرد چون میزان اندازه گیری آن محدود است. بنابراین برای ایجاد فشارهای زیاد مناسب نیست و باید از وسیله ای با میدان تولید فشار وسیع تری استفاده کرد.

برای تنظیم، ابتدا 3 psi و سپس 15 psi را به ستون جیوه اعمال کرده و چک می کنیم که فشارسنج نیز همان را نشان دهد.

ج) اندازه گیری فولو:

اولین بار در سال 1698 میلادی دانشمندی به نام تریچلی رابطه ای جذری بین سرعت و اختلاف فشار در جریان مایعات از دهانه ها را با روشی علمی عرضه کرد.

در سال 1887 میلادی کلمن هرشل موفق شد که برای اولین بار venturi متر را بسازد و بالاخره در سال 1910 اولین صفحه روزنه دار به نام orifice plate ساخته و به کار برده شد.

از انواع مختلف فلومترهایی که امروزه در صنعت استفاده می شود می توان venture tube, conical type, flow nozzle type, pitot static tube و orifice plate را نام برد.

یکی از مرسوم ترین ابزارهایی که برای اندازه گیری فلو استفاده می شود D/P cell می باشد که در آن از orifice plate استفاده می شود.

خروج D/P cell های فلو به صورت جذری می باشند ولی در اینجا همه سیستم ها خطی می باشند پش خروجی آنها را به extractor می دهند که جذر آن گرفته و خطی گردد.

D/P cell (برای سنجش فلو):

در ورودی D/P cell یک orifice plate (و یا venture tube، در مواردی که دقت بالا مورد نیاز است و یا ذرات معلق در مایع زیاد می باشد.) در مسیر سیال قرار داده می شود. Orifice plate صفحه مدوریست با سوراخی در مرکز (که احیاناً در مورد مایعات با ویسکوزیته ی بالا این سوراخ در نیمه پایینی صفحه تعبیه می گردد.) که در مورد مایعات به صورت عمود در سیال قرار می گیرد و در مورد گازها به شکل مایل استفاده می شود. با عبور سیال از این صفحه در دو طرف آن اختلاف فشاری ایجاد می شود. فشار طرفین اریفیس به عنوان LP و HP (به ترتیب low pressure و high pressure) به DP Cell داده می شود. این دستگاه اختلاف فشار را به یک فشار مطلق و سپس آن را به فشار هوای 3 تا 15 تبدیل می کند. خروجی 3-15 psi به عنوان سیگنال Measurement به کنترلر فرستاده می شود. فرمان از کنترلر به شیر کنترل ارسال و باعث باز یا بسته شدن آن و تنظیم جریان سیال می شود.

DP Cell از یک رله هوایی، یک Nuzzle-Flapper، یک کپسول، یک Force Bar که اهرمیست بین کپسول و Nuzzle-Flapper و یک Bellows به عنوان فیدبک تشکیل شده است و دارای دو ورودی HP و LP و یک ورودی Air Supply است.

 

هوای 20 پاوند Supply وارد رله شده و خروجی رله به Nuzzle و همچنین sBellow هدایت می شود.

HP و LP به طرفین دیافراگم (یا کپسول) اعمال می شوند. فشردگی دیافراگم باعث حرکت e BarForce و در نتیجه افزایش فاصله ی Flapper و Nuzzle می شود. از طرفی هوایی که وارد bellows شده است باعث انبساط آن و نزدیک شدن Flapper به Nuzzle می شود و به این ترتیب از ازدیاد فاصله ی Nuzzle-Flapper جلوگیری می کند. در حقیقت این Bellows با چنین مکانیسمی باعث ایجاد نوعی تعادل بین اختلاف فشار HP و LP و هوای Supply می گردد و نقش نوعی فیدبک را دارد. خروجی نهایی همان هوای Nuzzle پس از برقراری تعادل است.

رله هوایی:

رله ها عنصر اصلی در ابزارهای نیوماتیکی می باشند که وظیفه تولید هوای متناسب 3-15 psi را بر عهده دارند.

هوای ورودی به پشت دیافراگم متصل به Valve هدایت می شود. هوای مرجع نیز به صورت مستقیم به Valve فشار وارد می کند. اختلاف این دو فشار می تواند Valve را باز و به این ترتیب بخشی از هوای مرجع را از رله خارج کند که به عنوان خروجی رله وارد مابقی پروسس می شود و قسمتی از هوای مرجع نیز Exhaust می شود.

 


 

د) اندازه گیری سطح مایعات:

در عملیات صنعتی غالباً آگاهی از چگونگی سطح مایعات درون مخازن از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. برای این منظور در پالایشگاه از روش های متفاوتی استفاده می شود که ساده ترین آن استفاده از قانون ارشمیدوس در روش های مختلف شناوری، غوطه وری و یا روش های دستی می باشد.

از آنجایی که در صنعت در بیشتر موارد مایعات در مخازن در بسته قرار دارند، به علت عدم امکان مشاهده سطح مایعات بایستی روش های خاصی بکار برده شود. متداول ترین روش برای این منظور استفاده از متدهای مبتنی بر اختلاف فشار می باشد:

 

که برای این منظور از D/P Cell استفاده می شود.

روش های نسبتاً جدید دیگری نیز مانند روش های خازنی و یا راداری نیز در موارد خاصی استفاده می شود.

D/P Cell (برای سنجش سطح):

در مخازن بسته (مایع همراه گاز) برای اندازه گیری ارتفاع، LP فشار بالاترین نقطه مخزن (فشار گاز روی مایع) و HP فشار پایین ترین نقطه مخزن است.

عموماً Tapping مربوط به HP را از ارتفاع یک متری می گیرند زیرا قسمت پایینی مخزن محل تجمع مواد زائدیست که همراه سیال از لوله ها وارد مخزن شده اند.

در مخازن رو باز (عموماً مایعات) LP همان فشار اتمسفر و HP فشار پایین ترین نقطه مخزن است و فشار اندازه گیری شده با رابطه  ارتفاع مایع در مخزن را بدست می دهد.

کپسول DP Cell در رنجهای (Mid Range) 20-200 , (Low Range) 0-20  (Range High)  موجود است که این اعداد نماینده ی اختلاف فشار قابل تحمل توسط کپسول هستند. فشارهای LP و HP ممکن است در حدود 6000 psi باشند اما آنچه به کپسول اعمال می شود اختلاف HP و LP است.

 


 

Level ترانسمیتر خازنی FEC12

(استفاده شده در واحد desalter):

یکی از روش های اندازه گیری سطح، استفاده از خاصیت خازنی می باشد.

ترانسمیتری که در شکل آمده است دارای میله ی باریکیست که به طور عمودی در مخزن قرار می گیرد و مایع درون مخزن در حکم دی الکتریک خازنی خواهد بود که بین بدنه و میله تشکیل می شود؛ که با محاسبه ی ظرفیت خازن (توسط یک میکروکنترلر) و تولید یک سیگنال متناسب 4 تا 20 میلی آمپر، مقدار ارتفاع و میزان سطح بدست می آید. این دستگاه در range دمایی 0 تا 70 درجه سانتیگراد می تواند به طور نرمال کار می کند.

به طور مثال در پالایشگاه تهران برای اندازه گیری سطح آب در واحد desalter از این روش استفاده می شود.

 

نمک که به صورت آب نمک به همراه نفت خام به دستگاه های پالایشی وارد می شود یکی از ناخالصی های عمده ایست که باعث گرفتگی مبدل های حرارتی و تولید کک در لوله های کوره می گردد. علاوه بر این نمک های کلره تولید اسید کلریدریک می نمایند که باعث خورندگی در دستگاه های پالایش به ویژه در قسمت فوقانی برج تقطیر می شود.

برای گرفتن نمک اضافی نفت کشورهای شمالی، دو مخزن جدید در پالایشگاه اضافه گردیده است. از آنجایی که عمل نمک زدایی آن به روش الکترولیز انجام می شود، جلوگیری از تماس مایع یا مدارات برقی آن بسیار حائز اهمیت است. در نتیجه اندازه گیری سطح مایع درون این مخازن بسیار حساس و مهم می باشد.

 

2) عملگرها (actuators):

عملگرها (عناصر نهایی) انواع مختلفی دارند که شیر کنترل در مقایسه با سایر انواع آن از کاربرد بسیار وسیعتری برخوردار است. از انواع دیگر عناصر نهایی می توان دمپرها، وسایل کنترل برقی و سیستم های دوار الکتریکی را نام برد.

 

شیر کنترل:

شیر کنترل دستگاهی است که در مسیر جریان قرار گرفته و برای تنظیم جریان بکار می رود.

این دستگاه ممکن است با نیروی برق هیدرولیک و یا فشار هوا کار کند. که در این بین شیر کنترل هوایی که با هوای فشرده کار میکند از کاربرد بسیار وسیع تری برخوردار است.

برای اینکه فشار هوا را به حرکتی در شیر کنترل تبدیل نمود به وسیله ای به صورت یک دیافراگم قابل ارتجاع یک پستون و یا .... نیاز است.

متداول ترین شکل، دیافراگم لاستیکی میباشد. دیافراگم درون یک محفظه قرار گرفته و فضای آن را به دو قسمت مجزا تبدیل می کند.

شیر کنترل آخرین عنصر در یک مدار کنترل خودکار است و به همین دلیل عنصر نهایی یک لوپ کنترل (final control element) نامیده می شود.

شیر کنترل همچون یک مقاومت متغیر در لوله عمل می کند بدین ترتیب که با تغییر تلاطم در سیال ایجاد اختلاف فشار خواهد نمود و وظیفه ی تغییر جریان سیال و نزدیک کردن مقدار اندازه گیری شده به کمیت مطلوب را بر عهده دارد. به همین دلیل به شیر کنترل، واحد تصحیح (correcting unit) هم گفته می شود.

شیر کنترل بسته به اینکه با فشار وارده بر دیافراگم بسته یا باز شود مورد استفاده جداگانه دارد. شیر کنترلی را که در اثر ازدیاد فشار بر دیافراگم آن باز شود، air to open می نامند. همچنین اگر شیری در اثر ازدیاد فشار بر دیافراگم بسته شود، air to close نامیده می شود.

مثلاً شیر کنترلی که در مسیر جریان کوره ها قرار دارد، باید نوعی باشد که در هنگام قطع ناگهانی هوا بتواند جریان سوخت را به درون کوره قطع و از انفجار جلوگیری کند.

 

3) کنترلرها:

کنترلرهای مورد استفاده در صنعت به صورت On/Off و یا از خانواده ی کنترلرهای PID می باشند.

خروجی کنترلرهای On/Off به شکل باینری می باشد و می توانند از طریق سولونوئید valve باعث باز شدن و یا بسته شدن کامل شیر کنترل شوند.

در کنترلرهای proportional یک خروجی پیوسته و غیر باینری داریم ولی مشکل عمده در آن وجود یک خطای ماندگار است که باعث می شود مقدار measurement هرگز به set point نرسد.

در کنترلرهای PI این خطای ماندگار از بین می رود ولی وجود انتگرال سیستم را کند کرده و ثابت میرایی سیستم و زمان نشست افزایش می یابد. (تعداد peak های بیشتر)

در کنترلرهای PID این مشکل نیز برطرف شده است و یکی از پرکاربرترین کنترلرها در صنعت می باشند. برای مثال در کنترل دما به علت وجود تأخیر زمانی ذاتی سیستم، استفاده از Derivative در کنترلر الزامی می باشد؛ اما در کنترل سطح وجود عنصر مشتق گیر الزامی نیست ولی از intergral حتماً استفاده می شود.

طیف وسیعی از کنترلرهایی که در پالایشگاه استفاده می شود را کنترلرهای نیوماتیکی تشکیل می دهند ولی در سال های اخیر میکروکنترلرها و نیز PLC استفاده گسترده ای یافته اند.

 

الف) کنترلرهای نیوماتیکی:

اساس این سیستم ها بر ارسال و دریافت سیگنال هوای 3-15 psi می باشد که بین Transmitterها، و کنترلر و Actuator نیوماتیکی رد و بدل می شود. علت استفاده از 3-15 psi range به جای 12-0 اینست که حد پایین فشار از حالت فشار صفر متمایز شود وبا توجه به این که اکثر ابزارها از صفر مدرج شده اند، امکان اندازه گیری فشارهای منفی نیز به وجود آید.

در اینجا وظیفه ی Transmitter تبدیل کمیت مورد اندازه گیری به هوای 3-15 psi و ارسال آن به کنترلر می باشد. کنترلر پس از دریافت این سیگنال (Measurement) آنرا با  Set Point مقایسه کرده و فرمان لازم را به Actuator ارسال می کند.

کنترلرهای نیوماتیکی از 4 عدد bellows تشکیل شده اند.

Bellows های PV (process value) و SV (set value) که به هم متصلند و bellowsهای reset یا proportional که با feedback bellows در تبادل هوایی می باشند. با تغییر PV, load باز می شود و در نتیجه nozzle به flapper نزدیک تر می شود. هوای فشرده وارد رله می شود و سپس رله هوای متناسب 3-15 تولید می کند. در صورت تفاوت بین PV و SV، یک مقدار offset ایجاد می شود که باعث ساختن هوای بیشتر (و یا کمتر) توسط رله می گردد.

شکل زیر شمای داخلی یک کنترلر را نشان می دهد.

در مجموع معایب این سیستم های نیوماتیکی عبارتند از هزینه بسیار سنگین نصب، نیاز به هوای کاملاً خشک، پاسخ دهی و تأثیرپذیری کند، اشغال فضای زیاد در محل نصب و نیز در اتاق کنترل، کاهش کیفیت پاسخ دهی با مرور زمان و به وجود آمدن خطاهای ناشی از نشتی هوا در محل اتصالات. همچنین به دلیل اینکه این سیستم ها دارای سیگال های ارسالی و فرمانهای اعمالی 3-15 psi می باشد باید تمامی این سیگنال ها توسط لوله های مخصوص مسی و یا استیل کشیده شود که نیاز به ادوات مخصوص  نصب و فرم دهی به آنها می باشد. و نیز از آنجا که بیشتر دستگاه های این سیستم مکانیکی می باشند، ساخت، تعمیر، نگهداری و کالیبره کردن آن ها مشکلاتی را به همراه دارد.

در زیر دو نمونه کنترلر نیوماتیکی برای نمونه آورده شده است:

 

- LIC314:

در این LIC (Level Indicator and Controller) برای اندازه گیری سطح، از floater (شناور) استفاده می شود. این شناور با بالا و پایین رفتن خود باعث تغییر فاصله flapper از nozzle می گردد و سپس ترانسمیتر هوای 3-15 psi متناسب با آن را تولید می کند.

این کنترلر دارای دو bellows است برای proportional به حالت معکوس و مستقیم.

 

- FRC 130F-N4

در این FRC (Flow Recorder and Controller) سه bellows وجود دارد که یکی از آنها برای measurement و دو تای دیگر برای تنظیم set point به حالت local و یا remote هستند.

در تنظیم فلو نیازی به وجود دریوتیو نمی باشد و قسمت مربوط به آن در این کنترلر block شده است. همان طور که گفته شد قسمت proportional خود از چهار bellows تشکیل شده است؛ که دو به دو با مدارهای هوایی به یکدیگر متصلند.

 

 

 

ب) کنترلرهای الکترونیکی:

این کنترلرها مزایای فراوانی نسبت به سیستم های نیوماتیکی دارا می باشند. علاوه بر امکان کنترل کامل تر و دقیق تر، حجم بسیار کمتری نیز اشغال می کنند. با توجه به امکان برنامه نویسی در آنها در سخت افزار بسیار صرفه جویی می شود.

اولین میکروکنترلرها را شرکت Intel به بازار عرضه می کرد ولی امروزه میکروکنترلرهای microchip و Motorola نیز گسترش زیادی یافته اند.

در کاربردهایی که نویز زیادی وجود دارد استفاده از میکروهای Intel چندان مناسب نیست؛ و استفاده از میکروهای PIC بسیار معقول تر است. همچنین در میکروهای microchip به تمامی بیت ها جداگانه دسترسی داریم برخلاف میکروهایی مانند 8051 که به بایت ها و تنها تعداد محدودی بیت دسترسی داریم. این امر سرعت و راحتی برنامه را بیشتر می کند. یک مزیت بزرگ دیگر این میکروها جدا بودن خط آدرس و data می باشد.

در مجموع میکروکنترلرها در صنعت کاربرد بسیار گسترده ای دارند؛ ولی بدلیل این که سرعتشان کم است، استفاده از تکنولوژی های جدیدتری همچون PLC و ... گسترش فراوانی یافته است.

(Programmable Logical Controller) PLC عبارت است از یک کامپیوتر که نرم افزار و سخت افزار لازم جهت کنترل فرآیند را دارد. برنامۀ کنترل به صورت یک سری دستورالعمل های منطقی در حافظۀ PLC ضبط می گردد. PLC ورودی ها را خوانده و براساس برنامۀ کنترلی موجود در حافظه، فرمان های خروجی را محاسبه و به Actuatorها ارسال می دارد.

اولین PLC در سال 1968 به نام PC در آمریکا ساخته شد. و در حال حاضر بیشترین تولید PLC مربوط به شرکت آلمای زیمنس می باشد.

اجزای اصلی تشکیل دهنده ی یک PLC عبارتند از power supply, cpu، کارت های ورودی و خروجی و کارت شبکه.

شرایطی که در ورودی یک سیستم PLC باید در نظر گرفت عبارتند از:

1- ولتاژ مورد استفاده در ورودی

2- مقاومت (امپدانس)

3- جریان ورودی

4- تأخیر در کلیدزنی ورودی ها.

و شرایطی که در خروجی یک سیستم PLC باید در نظر گرفت:

1- حداکثر جریانی که می توان به خروجی داد

2- حداکثر بار خروجی

3- حداکثر زمان کلید زنی خروجی

4- سرعت قطع و وصل خروجی (فرکانس قطع و وصل)

5- تعداد قطع و وصل خروجی زیر بار (عمر الکتریکی)

6- تعداد قطع و وصل خروجی بدون جریان (عمر مکانیکی)

 

بویلر (ساختمان داخلی و شیوه های کنترل):

یکی از پیشرفته ترین سیستم های کنترل در صنعت ایران را می توان در بویلرها دید. در پالایشگاه تهران، بویلرها از اهمیت بسیاری برخوردار هستند و در واقع قلب پالایشگاه به شمار می روند. زیرا ژنراتورهای نیروگاه، توربین کمپرسورهای هوای مورد نیاز برای عملکرد ابزارهای نیوماتیکی و پمپهای آب برای حرکت به بخار نیاز دارند و در واقع وظیفه ی آن گرم کردن آب و تولید بخار می باشد که پس از خشک شدن، برای توربین ها و ژنراتورها برده می شود. در صورت قطع بخار کلیه این واحدها و به تبع آن مابقی واحدهای عملیاتی پالالیشگاه متوقف خواهند شد. از این رو کنترل عملکرد بویلر و به ویژه کنترل میزان بخار آن بسیار حائز اهمیت است.

واحد Utility شمالی پالایشگاه دارای چهار Boiler با ظرفیت 145 ton/hour در فشار 650 psi و دمای 700 F می باشد که سیستم کنترلی سه بویلر نیوماتیکی و یک بویلر جدید PLC است؛ و واحد جنوبی نیز دارای چهار بویلر نیوماتیکی می باشد.

بویلر از یک محفظه شامل چهار مشعل و تعدادی تیوپ حاوی Feed Water و دو محفظه Upper Drum و Lower Drum تشکیل شده است و نیز یک محفظه هوا است. هوای مورد نیاز برای احتراق سوخت، توسط یک موتور الکتریکی یا توربین بخار به درون Air Tank هدایت می شود. معمولاً موتور به عنوان راه انداز استفاده شده و سپس با توربین جایگزین می شود.

هوا توسط fan به پشت burner دمیده می شود و دریچه ی خروجی فن به ورودی بویلر متصل است. قبل از اینکه بویلر شروع به کار نماید، باید مدت زمانی در حدود پنج دقیقه fan در داخل بویلر بدمد و به اصطلاح سیستم Purge گردد تا گازهای اضافی داخل بویلر تخلیه گردد. بعد از این به سیستم اجازه ی روشن شدن داده می شود. (روی برد BMS بویلر مشخص می شود.) این کار از انفجار احتمالی بویلر جلوگیری می نماید.

بویلر 2D در قسمت شمالی پالایشگاه، دارای دو فن الکتریکی و همچنین دو فن steamای (به عنوان standby) می باشد.

شمای داخلی یک بویلر در ادامه دیده می شود:

 

 

 

سوختهای مصرفی در بویلر عبارتند از Gasoline, Gas و نفت کوره؛ که عمدتاً Gas مورد استفاده قرار می گیرد مگر زمانی که با افت فشار مواجه باشیم که در این صورت Gasoline جایگزین آن میشود. نفت کوره به علت ایجاد آلودگی زیست محیطی به ندرت استفاده می شود. هنگام استفاده از Gasoline و oil (نفت کوره) برای ایجاد شعله مناسبتر، باید نخست با استفاده از روش های مناسب مولکولهای سنگین این سوختها را به اجزاء سبکتر تبدیل نمود.

هر مشعل دارای یک ورودی Gas، یک ورودی Gasoline، یک ورودی نفت کوره و یک ورودی Pilot Gas است. در نقاط متعددی از مسیر Gas، دما و فشار آن اندازه گیری و نمایش داده می شود. جریان Gas هم توسط Position Transmitter به عنوان یکی از سیگنالهای کنترلی به CCB (Central Control Board) فرستاده می شود. برای اینکه Pilot روشن بماند فشار Pilot Gas نیز در مسیر اندازه گیری و نمایش داده می شود.

در مسیر سوختها و در نزدیکی Burner برای جلوگیری از برگشت سوخت یا برگشت شعله، روی لوله های سوخت شیرهای یکطرفه تعبیه شده است. درون Burner برای تشخیص وضعیت شعله از Flame Detector و چشم الکترونیکی UV و IR استفاده می شود زیرا در صورت نبود شعله ممکن است تجمع سوخت و هوا به انفجار بیانجامد. در صورتی که شعله Detect نشود Solenoid Valve هایی به صورت خودکار مسیر سوختها را به Burner مسدود می کنند.

نوع دیگری شیر که در boiler استفاده می شود، shutdown valve است که در  مواقعی که بویلر تریپ و یا shutdown می دهد، ورود سوخت به بویلر را قطع می کند.

روی برخی از شیرهای کنترل سیستم positioner قرار می دهند. Positioner می تواند شیر کنترل را مثلاً از حالت air to open به air to close تبدیل نماید و باعث بهبود کارکرد valve گردد.

در اینجا روی لوله های آب دو control valve وجود دارد که اگر یکی از سرویس خارج شد، دیگری در مسیر قرار گیرد. این موضوع به خاطر اهمیت زیاد آب در بویلرها می باشد چون سیستم آب رسانی بویلرها مشترک می باشد و اگر مثلاً آب یکی از بویلرها زیادتر شود آب بقیه بویلرهای واحد کم می شود.

آب ورودی به بویلر از نظر مشخصات شیمیایی مثل PH باید اصلاح شود. همچنین برای جلوگیریاز زنگ زدن تیوپها آب باید اکسیژن زدایی شود که به این منظور بخار آب را با فشار به آب تزریق می کنند. برای این منظور از Oxygen Analayer هم استفاده می شود.

در مجموع مهمترین پارامترهایی را که باید در بویلر مورد کنترل قرار گیرند عبارتند از فشار بخار خروجی، جریان هوا، سطح آب upper drum و جریان سوخت ها.

در بویلر یک کنترلر master وجود دارد که با خروجی همه ی transmitter ها سری شده است تا در صورت نامناسب بودن هر یک از پارامترها alarm دهد.

 

کنترل فشار بخار خروجی:

برای کنترل فشار بخار خروجی از Ratio Control استفاده می شود. در اینجا Wild Flow همان جریان بخار خروجی است که به مصرف کننده ها بستگی دارد و قابل کنترل نیست. Controlled Flow سوختها و هوا هستند. خروجی این کنترل کننده با توجه به فشار بخار خروجی، نسبت هوا و سوختها را تنظیم می کند و نیز به عنوان Set Point به Level Controller اعمال می شود. یعنی در نهایت فشار بخار با تنظیم سوخت و هوا (تنظیم شعله) و همچنین مقدار آب ورودی صورت می گیرد.

 

 

کنترل سطح آب:

کنترل ارتفاع آب در Upper Drum از اهمیت ویژه ای برخوردار است زیرا در صورت پایین رفتن سطح آب، تیوپها بدون آب مانده و خواهند سوخت؛ و در صورتی که سطح از یک حدی بالاتر رود، آب و بخار با یکدیگر مخلوط می گردند.

این کنترل به صورت Cascade انجام می شود. ورودیهای آن عبارتند از سطح آب Upper Drum، Steam Flow، Feed Water Flow (اصلی یا اضطراری)، و موقعیت شیر آب (اصلی یا اضطراری) ورودی. خروجی این کنترلر به Pneumatic Control Valve آب ورودی اعمال می شود.

 

کنترل جریان سوختها:

در اینجا کنترل به صورت Single Loop صورت می گیرد.

از موقعیت Control Valve سوخت به عنوان فیدبک استفاده می شود.

در سوخت گاز، ورودیها عبارتند از دما، فشار و جریان Gas و خروجی به عنوان فرمان به Pneumatic Control Valve موجود در مسیر Gas اعمال می شود.

در کنترل جریان lineGaso و نفت کوره، ورودی جریان سوخت و خروجی فرمان Pneumatic Control Valve است.

هر سه کنترلر یک سیگنال از کنترلر فشار بخار دریافت می کنند که نسبت سوخت ها به یکدیگر را تنظیم می کند.

Detect کردن وجود شعله:

برای detect کردن شعله در داخل boiler از چشم های الکترونیکی استفاده می شود.

در بویلرها دو نوع چشم استفاده می گردد. چشم های UV حساس به ماورای بنفش هستندو برای شناسایی شعله ی آبی حاصل از سوخت گاز به کار می روند. چشم های نوع دوم حساس به مادون قرمز می باشند که در موارد شناسایی شعله ی زرد حاصل از سوخت مایع استفاده می شوند. (شعله توسط ایجاد جرقه از یک ترانس high voltage پدید می آید.)

چشم الکترونیکی UV با ولتاژهای 110v و 220v کار می کنند. ولتاژ ورودی به یک اتوترانس داده می شود و یک ولتاژ 660v-2Kv برای اعمال به لامپ UV به دست می دهد. این ولتاژ گاز درون لامپ را یونیزه می کند و با برخورد اشعه UV به این گاز بین دو الکترود لامپ جرقه و اتصال الکتریکی برقرار می شود. به این ترتیب در صورت وجود شعله یک پالس در سر لامپ خواهیم داشت. یک Shutter با تغذیه 17v هر سه ثانیه یکبار جلوی لنز را می پوشاند تا پالس از بین رفته و وجود شعله مجدداً چک شود. زیرا در موارد وجود شعله ی زیاد، اتصال بین الکترودها به طور پیوسته باقی می ماند و در نتیجه شعله ی کاذب دیده می شود.

 

با توجه به موارد فوق و تأذیر پارامترهای مختلف بر روی یکدیگر، سیستم کنترل بویلر بسیار گسترده و شامل لوپ های زیاد و تودرتویی می باشد که آن را یکی از پیچیده ترین سیستم های کنترلی کرده است.

 

 

 

 

 

 

 

کارت ترانسمیتر سطح مخازن پالایشگاه تهران:

این برد به چرخ دنده وصل است با چرخش چرخ دنده پالس ها را می شمارد خروجی چرخ دنده به ورودی ترانسمیتر وصل است خروجی ترانسمیتر به ورودی Tester وصل است.

اگر چرخ دنده را یک دور کامل بچرخانیم باید تعداد پالس 100 تا افزایش پیدا می کند مثلاً اگر عدد روی 700 است با چرخاندن یک دور کامل مقدار به 800 می رسد Tester هم عدد 800 را نشان می دهد. سه کلید  با عناوین Set, Up, Down در اختیار کاربر است. این کلیدها برای روشن کردن LCD، تنظیم ارتفاع، تنظیم ضریب ارتفاع است. با فشردن یکی از کلیدها سه گانه LCD روشن می گردد و ارتفاع مخزن بر روی آن نمایش داده می شود. چنانچه هیچ کلیدی فشرده نشود بعد از 2 دقیقه LCD خاموش می گردد.

 

تنظیم ارتفاع:

با نگه داشتن کلید Set به مدت 2 ثانیه وارد حالت تنظیم ارتفاع می شویم. با کلیدهای Down, Up تنظیم ارتفاع خواهیم کرد. با فشردن کلید Set از حالت تنظیم ارتفاع خارج می شویم.

تنظیم ضریب ارتفاع:

با فشردن کلیدهای Up (یکبار) Down (سه بار) و Set (دو بار) وارد حالت تنظیم ضریب ارتفاع می شویم. در این حالت نیز با استفاده از کلیدهای Down, Up قادر به تنظیم ارتفاع خواهیم بود. در کلیه مراحل بالا چنانچه در مدت 15 ثانیه هیچ کلیدی فشرده نشود آخرین تغییرات ذخیره می گردد و دستگاه به حالت عادی کار خود (LCD خاموش) باز می گردد.

 

میکروکنترلر:

در طراحی مدار از میکروکنترلر MEGA16L از شرکت Atmel استفاده شده است برای پالس ساعت این میکروکنترلر از پالس داخلی آن با فرکانس MHZ1 استفاده شده است. امکانات میکروکنترلر MEG16L عبارتند از: 16 کیلوبایت حافظه FLASH-512 بایت حافظه E2PROM-1 کیلوبایت حافظه SPI, USRT SRAM مقایسه گر آنالوگ (ADC) 10 بیت سه تایمر با قابلیت ایجاد BOD, WDT, PWM قابل برنامه ریزی- نوسان ساز RC داخلی- توانایی اجرا تا 8 میلیون دستور در ثانیه (فرکانس پالس ساعت: MHZ8)

 

مدار تشخیص قطع Power:

در این بخش با استفاده از دو مقاومت R4, R3 از VCC یک نمونه گرفته می شود و به مقایسه گر آنالوگ میکروکنترلر داده می شود. به محض پایین آمدن نمونه گرفته شده از ولتاژ مبنای

/ 0 نظر / 75 بازدید