Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице. 3

Министерство науки и образования Российской Федерации

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра Автоматизация производственных процессов и электротехника

Расчетно-пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине “Технические средства автоматизации”

Тема работы:

Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

Руководитель

к.т.н.

^{Должность,
уч. степень и звание}

Руппель А. А.

^Ф.И.О.

Оценка Студент Мироненко А.В.

^Ф.И.О.

“ ” 2007г. № специальности 220301

“ 4 ” курс_________________2007г.______

2007 г.

Содержание.

Введение…………………………………………………………………………...1

1. Анализ литературных источников…………………………………………….3

2. Технологический раздел

2.1. Описание технологического процесса, реализуемого на конкретном виде технологического оборудования…………………………………….14

2.2. Обоснование необходимости автоматизированного контроля технологического процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице………………………………………………..19

2.3. Требования к автоматизированной системе регулирования температурного режима сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице………………………………………………………….20

3. Раздел автоматизации

3.1. Идентификация объекта автоматизации……………………………..22

3.2. Анализ модели ТОУ…………………………………………………...27

3.3. Оптимизация объекта автоматизации………………………………...33

Заключение

Список использованных источников

Введение.

Техническое перевооружение предприятий стройиндустрии, ускоренное внедрение новых интенсифицированных технологических процессов невозможно без использования высокотехнологического оборудования комплексной автоматизации. Разработка и внедрение на предприятия стройиндустрии автоматических систем управления (АСУ) позволяет решать задачи оперативного управления на трех основных уровнях:

локальные средства автоматики;
автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП);
отраслевые автоматизированные системы управления (ОАСУ).

Характерной особенностью современного этапа автоматизации является то, что она опирается на революцию в ЭВТ, а также быстрое развитие робототехники.

Применение современных средств и систем автоматизации позволяет решать задачи:

Вести процесс с производительностью, максимально достижимой для данных производительных сил, автоматически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменение в окружающей среде и ошибки операторов;
Управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для номенклатуры выпускаемой продукции путем оперативной перестройки режимов технологического оборудования, перераспределения работ и т.д.
Автоматически управлять процессом в условиях вредных и опасных для здоровья человека.

Решение поставленной задачи возможно, если имеются следующие предпосылки:

1) наблюдаемость основных технологических параметров производственного процесса (возможность прямых или косвенных измерений всех параметров, характеризующих состояние процесса).

2) потенциальная управляемость производственного процесса (возможность компенсировать возмущение быстрее, чем успевает измениться это возмущение).

3) прогрессивность производственного процесса и используемого технологического оборудования (возможность модернизации).

4) наличие необходимой степени изученности производственного процесса как объекта управления.

5) возможность получения технико-экономического, социального или иного эффекта.

6) реальность практического использования потенциально достижимого эффекта.

7) наличие необходимого технического обеспечения разрабатываемого АСУТП.

8) наличие необходимых организационных предпосылок для создания АСУТП.

Внедрение систем автоматизации направлено на повышение эффективности производственных процессов. Основными источниками внедрения СА является:

повышение культуры производства, качества продукции и эффективности использования технологического оборудования;
повышение производительности труда при выполнении технологических операций, резкое сокращение ошибок и брака, стабилизация технологического процесса, сокращение числа работающих;
увеличение выпуска и повышение надежности продукции, оптимизация номенклатурного распределения производственной продукции;
сокращение потерь рабочего времени на участках и технологических линиях, увеличение оперативности управления производственным процессом со стороны персонала и увеличение качества управления.

1. Анализ литературных источников

При создании АСУТП сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице (или любого другого технологического процесса) целесообразно в первую очередь изучить передовой опыт отечественной и зарубежной промышленности в этой области. Был проведён анализ литературных источников, таких как «Основы автоматизации производства и контрольно – измерительные приборы на предприятиях строительных материалов», «Автоматическое регулирование процессов дробления и помола в промышленности строительных материалов», «Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов», «Автоматизация цементного производства», «Цемент. Электрооборудование, автоматизация, хранение, транспортирование», а также изучены периодические издания за последние годы «Современные технологии автоматизации», «Строительные материалы, оборудование, технологии». Проанализировав материал и сложив вместе самые удачные решения, можно привести описание полученного в итоге процесса и предъявляемые к нему требования.

Сухой помол сырья осуществляется в многокамерных трубных шаровых мельницах. Размалываемый материал непрерывным потоком поступает на вход мельницы. При помоле многокомпонентной шихты подача материала в мельницу осуществлялась одновременно несколькими дозаторами или питателями из разных бункеров. Помимо сухих компонентов, в мельницу подается вода по трубопроводу. Жидким компонентом сырья является глиняный шлам, предварительно приготавливаемый в болтушках. Глиняный шлам обычно подается в мельницу с помощью ковшевого питателя с регулируемой скоростью вращения ковшей. Сырье перемещается вдоль мельницы благодаря подпору со стороны поступления, работе мелющих тел и потоку воды. При этом по длине мельницы устанавливаются определенные условные уровни заполнения ее материалом.

Одним из основных требований, предъявляемых к процессу помола, является стабилизация тонкости помола шлама.

В связи с тем, что приготавливаемый в мельнице шлам поступает на обжиг во вращающиеся печи, он должен иметь минимальную влажность. Избыточное содержание воды в шламе требует дополнительных затрат топлива на ее испарение в печи.

Содержание влаги должно быть таким, чтобы обеспечить прохождение шлама в мельнице и в печи, а также перекачивание насосами. Транспортабельность шлама тесно связана с его вязкостью. В том случае, когда сырьевой шлам приготовляется из нескольких компонентов, на управление процессом помола накладывается условие поддержания определенного состава шлама.

Таким образом, системы автоматического управления процессом сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице должны обеспечивать стабилизацию технологических параметров – тонкости помола, влажности и максимальной производительности.

На производстве были внедрены разнообразные АСУТП. Одно из отличий заключается в использовании функциональных различных возможностей, связанных с применением тех или иных технических средств. Системы управления на базе локальных регулирующих комплексов с минимальными информационными функциями целесообразны при реконструкции отдельных цехов малой мощности. При строительстве новых технологических линий или реконструкции мощных заводов предусматриваются мини - или микро-ЭВМ, реализующие максимальный объем информационных и управляющих функций.

Возможности совершенствования разработанных систем далеко не исчерпаны. Дальнейшие работы ведутся как в направлении применения микропроцессорной техники, так и по созданию более совершенных алгоритмов управления со статической оптимизацией и динамической стабилизацией на базе адаптивной модели процесса.

Разработка средств и систем автоматизации осуществлялась в следующих направлениях по созданию:

средств автоматического или автоматизированного контроля технологических параметров и качества материалов;
АСУТП на основе средств вычислительной техники;
автоматических систем контроля и регулирования (СКР) на основе аналоговой техники;
АСУП и интегрированных систем управления (ИАСУ) на базе средств вычислительной техники.

В середине 80-х годов возникло новое направление работ — совместная взаимообусловленная разработка технологии и систем управления — создание автоматизированных технологических комплексов (АТК) для строящихся предприятий (технологических линий) сухого способа производства. Это было обусловлено спецификой современной технологии цемента, в которой определенный уровень автоматизации является необходимым условием нормального функционирования производства. С этим направлением работ связано развитие методов системного проектирования АТК. В 1992 г. была введена в действие технологическая линия Мариупольского цементного комбината, а в 1995 г. — Белгородского цементного завода.

В 90-х возникло принципиально новое направление — разработка автоматизированного оборудования для производства цемента и создание на этой базе автоматизированных технологических комплексов. Основу технических средств систем автоматизации технологического оборудования составляют средства микропроцессорной техники.

В современных трубных шаровых мельницах используют новейшие технологии для упрощения производства цементного клинкера. Например, в контур регулирования влажности шлама АСР сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице входят следующие ТСА:

2 датчика температуры
регулятор влажности
исполнительный механизм с ОС
рабочий орган с ОС

Датчики температуры.

В качестве датчиков температуры были выбраны медные термопреобразователи сопротивления.

Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т. п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Принцип работы термопреобразователей сопротивления ТСМ, ТСП, Pt100 основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры. Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу.

Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя параметрами:

R0 — сопротивление датчика при 0 °С

W100 — отношение сопротивления датчика при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С.

Для подключения термопреобразователей сопротивления к регуляторам используется трехпроводная схема, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов (например, при изменении их температуры). К одному из выводов терморезистора Rt подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Подобрана модель ТС 044 – 50М. В3. 35/3, что означает:

Количество чувствительных элементов:1

Рис.2. ТС 044 – 50М. В3. 35/3

Конструктивное исполнение датчика (модель): датчики с кабельным выводом

Номинальная статическая характеристика (НСХ): 50 Ом, медный

Класс допуска: В

Схема внутренних соединений проводников:

3 — трехпроводная (стандарт)

Длина погружаемой части L, мм: 35;

Длина кабельного вывода l , м: 3м.

Рабочий диапазон измеряемых температур: –50...+150 °С

Допустимые отклонения : ±(0,25 °С + 0,0035T)

Условное давление 10 МПа

Величина рабочего тока, не более 5 мА

Показатель тепловой инерции, не более 30 с

Материал защитной арматуры сталь 12Х18Н10Т (мод. 054–194)

Регулятор влажности.

Рис.3. МПР51 Щ4.01

В качестве регулятора влажности был выбран измеритель-регулятор температуры и влажности– МПР51 Щ4.01 – для работы с термопреобразователями сопротивления 50 Ом.

Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4 предназначен для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, изготовлении

железобетонных конструкций, сушке древесины, в климатических камерах и цементном производстве по заданной пользователем программе.

Прибор МПР51-Щ4 позволяет:

измерять шесть параметров:

температуру камеры («сухого» термометра) Т_сух; температуру «влажного» термометра Т_влаж; температуру продукта Т_прод, влажность, положения двух задвижек;

вычислять два дополнительных параметра:

разность температур ∆ = Т_сух – Т_прод;

влажность – психрометрическим методом (по показаниям «сухого» и «влажного» термометров);

регулировать температуру по двум независимым каналам (не только газовой,

но и жидкой, и твердотельной среды);

задавать программу регулирования с различными уровнями защиты для разных групп специалистов;
сигнализировать об обрыве или коротком замыкании в линии «прибор – датчик».
регистрировать контролируемые параметры на ЭВМ.

Измерение температуры:

Температура измеряется с помощью термопреобразователей сопротивления. Это могут быть медные датчики ТСМ 50М (R0 = 50 Ом), ТСМ 100М (R0 = 100 Ом) и платиновые датчики ТСП 50П (R0 = 50 Ом), ТСП 100П (R0 = 100 Ом).

Определение положения задвижки с помощью резистивного датчика:

Сопротивление датчика должно находиться в пределах от 100 до 1000 Ом; при больших значениях сопротивления помехоустойчивость прибора будет снижаться. Положение задвижки отображается на индикаторе «ПАРАМЕТР» в процентах: закрытому состоянию задвижки соответствует показание 0 %, открытому – 100 %.

Регулятор – это устройство, осуществляющее регулирование

определённой величины, т.е. поддержание этой величины равной установке или управление изменением этой величины.

Регулятор может осуществлять любой из указанных ниже законов регулирования, в зависимости от свойств управляемого объекта:

пропорционально – интегрально – дифференциальный (ПИД) закон;

пропорциональный (П) закон;

пропорционально-интегральный (ПИ) закон;

пропорционально-дифференциальный (ПД) закон;

релейный (Т) закон.

В расчётной части курсовой работы осуществляется подбор закона регулирования и его параметров, откуда известно, что регулятор будет реализовывать ПИ – закон.

Пропорционально – интегральное регулирование (ПИ – закон).

При работе прибора в режиме ПИ – регулятора величина выходного сигнала Yi зависит как от величины рассогласования E, так и от суммы предыдущих рассогласований:

где Xp — полоса пропорциональности;

Ei — отклонение;

t_и — постоянная времени интегрирования;

— накопленная в i_й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма).

Из рисунка видно, что в первый момент времени, когда нет отклонения ( Ei = 0), нет и выходного сигнала (Yi = 0). С появлением отклонения Ei появляются импульсы, длительность которых постепенно увеличивается. В импульсах присутствует пропорциональная составляющая, которая зависит от величины E (не заштрихованная часть импульсов) и интегральная составляющая (заштрихованная часть). Увеличение длительности импульсов происходит за счет роста интегральной составляющей, которая зависит от рассогласования Ei и коэффициента t_и.

Структурная схема прибора.

Рис .4 Структурная схема прибора

Структурная схема содержит:

5 входных устройств (входов);
2 регулятора;
4 компаратора;
6 цифровых фильтров;
устройство для вычисления разности температур ∆Т и относительной
влажности ψ;
задатчик программ управления (программ технолога);
8 выходных транзисторных ключей;
5 выходных реле;
устройство-сигнализатор об окончании выполнения программы технолога,
устройство связи с компьютером, индикаторы.
На входные устройства прибора поступают сигналы от датчиков температуры “сухого” термометра Т_с_у_х; “влажного” термометра Т_в_л_а_ж; продукта Т_п_р_о_ди датчиков положения «Задвижка 1» и «Задвижка 2».

Технические характеристики прибора МПР51-Щ4.

Рис. 5 Технические характеристики прибора МПР51-Щ4.

Рабочий орган

Рис. 6. Затвор дисковый DE16

Затвор дисковый DE16 запорно-регулирующий с электроисполнительным механизмом МЭОФ.

Электрифицированные дисковые затворы предназначены для использования в качестве запорно-регулирующих устройств в системах автоматического регулирования технологических процессов и дистанционного управления в системах холодного и горячего водоснабжения, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования.

Параметры дискового затвора типа DE16:

Диаметр условного прохода (Д_у) — 25-200 мм.

Давление рабочей среды (Р_раб)— до 1,6 МПа.

Рабочая среда — горячая и холодная вода, воздух, пар.

Температура рабочей среды (Т_раб)— -10°С...+130°С.

Степень утечки <0,00001% величины Kvs.

Характеристика регулирования — линейная.

Материал основных деталей:

корпус — чугун;
диск — нержавеющая сталь;
вкладыш — полимерный материал (ЕРДМ).

Параметры электроисполнительного механизма

Обозначение механизмов	Номинальный крутящий момент, N·m	Номинальное время полного хода выходного вала, s	Полный номинальный ход выходного вала, r	Питание, V	Потребляемая мощность, W
МЭОФ-40/25-0,25К	40	25	0,25	3 ф.; 380	110

Рабочее положение механизмов — любое, определенное положением трубопроводной арматуры.

Механизмы изготовляются с одним из следующих блоков сигнализации положения выходного вала:

1. реостатным БСПР,

2. индуктивным БСПИ,

3. токовым БСПТ — с унифицированным сигналом 0-5, 0-20, 4-20 mA по ГОСТ 26.011-80.

Нелинейность датчиков блоков сигнализации положения ±2,5%.

Средний срок службы механизмов не менее 15 лет.

Габаритные и присоединительные размеры затвора дискового запорно-регулирующего DE16 с механизмами МЭОФ

Д_у,мм	Применяемые механизмы	Kvs	ØD	C	H	ØD₂	L	L₁	L₂	L₃	H₁	H₂
100	МЭОФ-40/25-0,25;-40/10-0,25	800	150	167,5	281,5	90	52	95	235	185	188	521,5

Исполнительный механизм с ОС

Рис. 7. МЭОФ в разрезе.

Механизмы МЭОФ — однооборотные электрические фланцевые исполнительные механизмы, обеспечивающие передачу крутящего момента на рабочий орган арматуры неполноповоротного принципа действия.

Механизмы МЭОФ предназначены для перемещения рабочих органов запорно-регулирующей трубопроводной арматуры поворотного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные дисковые затворы, заслонки и пр.) в системах автоматического регулирования технологическими процессами различных отраслей промышленности в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих или управляющих устройств. Механизмы устанавливаются непосредственно на арматуру.

Основные функции:

автоматическое, дистанционное или ручное открытие/закрытие трубопроводной арматуры;

автоматический и дистанционный останов рабочего органа арматуры в любом промежуточном положении;

позиционирование рабочего органа трубопроводной арматуры в любом промежуточном положении;
формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа арматуры и динамике его перемещения;

Конструктивными основными деталями нелинейных механизмов являются:

двигатель;
привод ручной;
редуктор;
блок сигнализации положения.

Блок сигнализации положения выходного вала:

Предназначен для преобразования положения выходного вала механизма в пропорциональный электрический сигнал, сигнализации или блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного вала.

Механизмы оснащаются одним из видов блока сигнализации положения выходного вала:

реостатным (БСПР-10)
индуктивным (БСПИ-10)
токовым (БСПТ-10)
блоком концевых выключателей БКВ без датчика положения выходного вала.

В состав каждого блока входят два основных узла: блок микропереключателей и датчик. Блок микропереключателей содержит основание, корпус с микропереключателями и вертикальный вал с кулачками. Один из кулачков имеет два профиля по Архимедовой спирали на углах 90° или 0-225° (0-0,25 об. или 0-0,63 об.). При повороте вала кулачки, в зависимости от его положения, нажимают на кнопки микропереключателей. Поворот вала через профильный кулачок на валу вызывает изменение выходного сигнала датчика положения.

Редуктор:

Понижение частоты вращения и увеличение крутящего момента, создаваемых двигателем, осуществляется посредством многоступенчатых цилиндрических зубчатых или комбинированных червячно-зубчатых передач. Валы вращаются на шарикоподшипниках. Зубчатые передачи и шарикоподшипники смазываются густой смазкой, что обеспечивает установку механизма в любом положении в пространстве.

Двигатель:

Специальные синхронные электродвигатели с электромагнитной редукцией типа ДСОР и ДСТР являются приводом механизмов и обеспечивают поворотно-кратковременный режим работы исполнительны механизмов с частотой до 630 включений в час, продолжительностью включений до 25%.

Параметры электроисполнительного механизма

Обозначение механизмов

Номинальный
крутящий момент,
N·m

Номинальное
время полного хода выходного вала, s

Полный номинальный ход выходного вала, r

Питание

V

Потреб-

ляемая

мощ-

ность, W

МЭОФ-40/25-0,25 К

0,25

3 ф.; 380

110

Автоматизация процесса сухого помола цементного клинкера в трубной шаровой мельнице. 3 📙 Курсовая → 🆔 1998