Автоматизація дозатора рідинних компонентів технологічних сумішей

 

Міністерство освіти і науки  України

Національний університет  водного господарства                                          та природокористування

Кафедра електротехніки і  автоматики

 

 

 

 

 

Курсовий проект

на тему:

« Автоматизація дозатора рідинних компонентів                             технологічних сумішей »

 

 

      

 

 

 

                                             

 

 

 

 

 

 

Рівне-2010р. 

Зміст

Вступ

1. Загальні відомості _____________________________________4
2. Функціональна схема __________________________________ 10
3. Структурна схема _____________________________________13
4. Опис основних елементів автоматичної системи ____________15
5. Висновки
6. Використана література

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

До міроприємств по розробці нових  прогресивних технологічних процесів відноситься і автоматизація, на її основі проектується високопродуктивне  технологічне обладнання, яке здійснює робочі і допоміжні процеси безпосередньо без участі людини.

Одна з основних закономірностей  розвитку техніки на сучасному етапі  заключається в тому, що автоматизація  проникає в усі галузі техніки, вітки  виробничого процесу, викликаючи в  них якісні зміни, розкриваючи невидимі раніше можливості росту продуктивності праці, підвищення якості і збільшення випуску продукції, полегшення умов праці. Однак ще є ряд проблем, від рішення яких залежить   пришвидшення розвитку засобів автоматизації.

Розробники виробів і творці обладнання не мають єдиної методології, не достатньо висвітлені методи аналізу ступеня підготовки виробів до автоматизованого виробництва, методи аналізу ліній, їх оснащеності засобами контролю і автоматизованого керування.

Розвиток автоматизації на сучасному  етапі характерне зміщенням центра ваги розробок масового на серійне  виробництво, яке складає основну частину машинобудівної галузі. Друга характерна особливість сучасної автоматизації – розширення арсеналу технічних засобів і, як наслідок, багатоваріантність рішення задач автоматизації виробничих процесів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Загальні відомості

Дозування матеріалів відбувається як за об`ємом так і за масою. Для установки, автоматизація якої розробляється в даній курсовій роботі, необхідно забезпечити:

• постійну швидкість руху стрічки живильника;
• постійну наявність матеріалу у витратному бункері;
• постійну і безперебійну видачу матеріалу з витратного бункеру;
• точність дозування матеріалу за масою.

Ці умови забезпечуються за допомогою:

• системи контролю і регулювання рівня матеріалу у витратному бункері;
• системи сигналізації видачі матеріалу з витратного бункера;
• системи регулювання висоти щілини віброживильника та інтенсивності вібра-ції;
• системи автоматичного задання маси і її регулювання, а також постійного підтримання маси в заданих межах;
• системи контролю наявності матеріалу на стрічці стрічкового живильника.

Автоматичні вагові дозатори безперервної дії

Автоматичні вагові дозатори безперервної дії являють собою  систему автома- тичного регулювання і призначені для безперервної підтримки сталості вагової витрати – продуктивності потоку твердих та сипучих матеріалів і рідин.

Загальна характеристика автоматизації процесу дозування має вигляд, де основною регулюючою величиною є вага матеріалу на транспортері. Сигнал про значення маси матеріалу надходить  на вхід регулятора (4в), де порівнюється із заданим значенням маси. На основі розузгодження між заданим і дійсним значенням маси виробляється керуюча дія, тобто посилається відповідний сигнал на двигун, який змінює положення заслінки, змінюючи відповідним чином витрату матеріалу доти, поки не зникне розузгодження. У схемі також

контролюється і сигналізується рівень в бункері (1а-в) та частота  обертання двигуна транспортера (2а-в). У випадку відсутності матеріалу в бункері чи зупин-ки транспортера на регулятор поступає відповідний сигнал, який блокує роботу дозатора. На вхід регулятора також поступає сигнал про положення заслінки     (3а-в).

Вихідний сигнал дозаторів  на лінійній ділянці характеристики є лінійною функці-єю витрати і відповідно визначається за умов

; ; ,

де  ;; - відповідно напруга, сила струму і тиск;

- коефіцієнт пропорційності.

У схемах керування і регулювання  безперервних технологічних процесів виробництва, так само як і в схемах безперервного дозування, найбільш широке застосування одержав клас замкнутих  систем автоматичного регулювання.

В усякій системі автоматичного  дозування виробляється порівняння ре гульова-ного параметра з заданим його значенням.

У самому загальному випадку  структурна схема замкнутої системи  регулювання автоматичного вагового дозатора складається з власне дозатора (живильника, вантажоприйомного пристрою, давача) - об`єкта регулювання і регулятора (регулюючого блоку, виконавчого механізму, системи реєстрації і керування).

Збурюючими впливами дозатора є зміна об`ємної маси матеріалу V в часі t, тому що , зміна завдання і нестабільність живлення (тиску повітря, напруги, струму).

Невідповідність між сигналом завдання і вихідним сигналом визначає неузгодженість цих величин, що усувається командним впливом регулятора на виконавчий механізм і регулюючий орган об`єкта – живильник, доти, поки не ліквідується ця неузгодженість або не зведеться до визначеного мінімуму.

Регулятори різних типів  дозаторів працюють за принципом  відхилення регульованого параметра.

До цих систем регулювання  пред`являються вимоги забезпечення оптимальної якості регулювання, основними характеристиками якого є час перехідного процесу і величина відхилення регульованого параметра (не вище заданого рівня).

Особливістю регуляторів  автоматичних вагових дозаторів  є більш висока часто-та регулювання (до 1,0 Гц) у порівнянні з регуляторами для теплотехнічних процесів (~0,014 Гц) і в більшості систем відсутність необхідності зворотного зв`язку по положенню виконавчого механізму.

Диференціальне рівняння автоматичних регуляторів, що забезпечують П,  ПІ і ПІД закони регулювання  для різних систем регулювання дозаторами для забезпечення необхідної точності регулювання можна отримати виключенням  не властивих даному регуляторові членів ІД, Д і І з диференціального рівняння ПІД-регулятора:

 

де  - зміна вихідного впливу на регулюючий орган – двигун живильника в % до отриманого впливу;

- відхилення  регульованого значення від завдання  у %;

- коефіцієнт  підсилення регулятора (коефіцієнт  пропорційності);

 – постійна часу інтегрування (час ізодрому регулятора) у сек;

- постійна часу диференціювання (час випередження регулятора) у сек.

У складних об`єктах регулювання автоматичних вагових дозаторів вводяться керуючі впливи по внутрішніх контурах об`єкта.

Задача регулювання об`єктів, багатокомпонентних дозаторів вирішується  створенням незалежності (інваріантності) одного об`єкта (дозатора) від збурюючого впливу іншого (не ведучого) об`єкта, введенням  перехресного впли-ву по внутрішніх контурах і введенням впливу по перехресних зв`язках.

Нелінійність характеристики регульованого об`єкта за рахунок  нелінійності його ланок – живильника, вантажоприйомного пристрою, давача, виконавчого механізму, підсилювача й інших ланок може призвести до нестійкості процесу регулювання і може погіршити якість регулювання.

Іноді введенням нелінійних коригувальних елементів досягається  те, що одна нелінійність усуває іншу і  представляється можливість лінеаризувати  нелінійну систему.

При наявності двох каналів  керування і збурення, для одного з них можна використовувати  другий канал для регулювання  системи.

Найбільші обмеження у  застосуванні до дозаторі, природно, зустрічають  позиційні регулятори. Це пояснюється  тим, що процес двопозиційного регулювання супроводжується безперервними автоколиваннями, амплітуда яких залежить від властивостей об`єкта регулювання. При наявності об`єктів з великим запізненням і особливо при несиметричних режимах процесу двопозиційного регулювання амплітуда автоколивань може бути неприпустимо великою.

При регулюванні дозаторів  з великим постійним запізненням  системи застосовуються блоки випередження і регулюючі блоки з розширеним значенням показни-ка настроювання діапазону дроселювання. У зв`язних системах автоматичного регулювання застосування дискретних перетворювачів і цифрових обчислювальних пристроїв визначає нові можливості побудови систем автоматичного вагово-го дозування ряду компонентів з централізованим керуванням.

Оптимальний процес дозування  може забезпечити найкращу якість продукції  в найкоротший час з найбільшою (і найменшою) швидкістю (і прискоренням) при найвигіднішому для системи навантаженню.

Система екстремального регулювання  процесу дозування може забезпечити  й інші більш складні задачі. Система  екстремального регулювання дозволяє перейти до самонастроювальних систем. Ці системи завжди знаходять макси-мум кривої і можуть знайти ту точку, до якої треба перейти, при цьому алгоритм переходу виробляє сама система. Включення автоматичних вагових дозаторів у схему екстремального регулювання може забезпечити вирішення складних за-дач комплексної автоматизації різних технологічних процесів.

Наприклад, застосування автоматичних вагових дозаторів у схемі  екстремального регулювання може забезпечити одержання рідкого металу з мінімальною перевитратою дуття і з максимально можливою в даних умовах температурою перегріву.

Головним напрямком у  розробці сучасних засобів автоматизації зважування і дозування мас є створення вагової техніки, здатної забезпечити не тільки вимір мас – зважування, але й автоматичне керування і регулювання виробничим процесом.

Розробка цих засобів  є основною проблемою, що визначає подальші розміри і впровадження механізації й автоматизації майже у всіх галузях промисловості: у металургійній, хімічній, будівельній та харчовій.

Автоматизація зважування і  дозування мас у технологічних  процесах виробництва обумовлює можливість створення безперервних потокових ліній і комплексів, керованих оператором з пульта керування по заданій програмі, з автоматичним дозуванням матеріалів у заданому співвідношенні при зміні їхньої об`ємної маси, відповідно вимогам рецептури або з корекцією по показниках якості, температу-ри, тиску, витрати й ін.

Механізація і комплексна автоматизація технологічних процесів виробляється багатокомпонентними  схемами з використанням різних дозаторів. Зазначені схеми можуть мати наступні варіанти:

• установка декількох дозаторів для незалежного дозування декількох компонентів з різними витратами;
• установка декількох дозаторів зі зв`язаним і програмним регулюванням компонентів.

Ступінь настроювання дозаторів визначається порівнянням номінальних значень вихідних сигналів здавачів з фактичними в їхньому робочому діапазоні.

Автоматичні вагові дозатори забезпечують вимір і дозування  маси вагової системи з інтегральною похибкою, вираженою у відсотках  від максимальної продуктивності дозатора за час 3-6 хв., у межах 0,5-2,0%, при оптимальних настроюваннях системи регулювання. Усередині цього інтервалу часу миттєві відхилення можуть відрізнятися і будуть знаходитися в межах величини збурюючого впливу.

Створення сучасних типів  електричних дозаторів безперервної дії успішно може будуватися на базі застосування зробленої агрегатної уніфікованої електронної системи  контролю і керування ДСП.

У розглянутих типах стрічкових електричних вагових дозаторах у якості вагового чутливого елемента прийнятий пружний зрівноважувальний елемент – пружина, деформація якої, пропорційна ваговому навантаженню на вантажоприйомному транспортері, перетвориться в електричний сигнал за допомогою давача – перетворювача.

Як давач, так і система  автоматичного регулювання дозатора побудовані з застосуванням приладів струмової агрегатної уніфікованої системи.

В даний час розроблено велике число різних типів і конструкцій  стрічкових вагових дозаторів безперервної дії.

На рис.1а показана структурна схема двоагрегатного дозатора ДН-48. Система автоматизації дозатора включає: вимірювач зусилля ВЗР-Е (ПЕ) 1а, підсилювач УП-20 з приставкою КК-5 1б, що коректує прилад КП1-УД 2б, блок дистанційного керування БДУ-3 1е, 2в, електромашинний підсилювач 2а.

Контроль продуктивності дозатора здійснюється вторинним інтегруючим  приладом ВІП-1 1д, самописним міліамперметром Н-340 1г. Система автоматичного дозування працює в такий спосіб. Маса дозувального матеріалу, що знаходиться на ваговому конвеєрі, вимірювачем зусилля перетворюється в електричний сигнал, що після підсилювача 1б надходить на пристрій порівняння регулятора 2б, де відбувається алгебраїчне підсумовування цього сигналу і сигналу задавача 2е. Коригувальний прилад КП1-УД 2б за законом регулювання (ПІ) виробляє регулюючий вплив, що через підсилювач 2а надходить на обмотку віброживильника, змінюючи його продуктивність.

Додаткові прилади на щиті керування здійснюють функції контролю, виміру і запису регульованого параметра: міліамперметра М-366 1в – вимір  і покази маси матеріалу на стрічці конвеєра (миттєве навантаження); міліамперметри М-366 2г, 2д - покази заданого значення регульованого параметра.

Дозатор може працювати в  ручному й автоматичному режимах. Вибір режиму здійснюється поворотом  ключа керування 1е, встановленого  на БДУ-3.

Перехід дозатора з роботи в автономному режимі до роботи в  схемі дозування декількох компонентів  здійснюється ключем

2в. З цією метою використовується  аналого-множний пристрій АМУ 1ж, що дозволяє встановити потрібне співвідношення витрати різних компонентів.

Система керування двоагрегатними дозаторами ДН-26, ДН-27, ДН-28 аналогічна схемам керування дозаторами ДН-47, ДН-48; відмінності обумовлені застосуванням пневматичного вібраційного живильника і приладів пневматичної галузі ДСП.

Системи регулювання витрати  дозатора для твердих та сипучих  компонентів шоколадних мас, складається  з контуру стабілізації частоти  обертання електро-двигуна конвеєра 3,4 і контуру регулювання продуктивності по навантаженню1,2.

       

Рис. 1а Схема автоматизації електричного дозатора безперервної дії ДН-48

 

Автоматична система регулювання  частоти обертання вала електродвигуна включає: тахогенератор ТС 3а, що перетворює частоту обертання вала електродвигуна в електричні імпульси, частота яких пропорційна частоті обертання  вала; підсилювач УП-20 із приставкою УК-5 3д, що формує уніфікований аналоговий сигнал постійного струму 0 – 5 мА; коригуючий прилад КП1-УД (або Р-211) 3г, що виробляє керуючий вплив за ПІ-законом регулювання; перетворювач ПИРС-УД 3б, що перетворює дискретний сигнал в уніфікований аналоговий постійного струму 0 – 5 мА; міліамперметр М-366 3е, що показує задане значення регульованого параметра.

Автоматична система регулювання  продуктивності працює в такий спосіб. Навантаження на ваговій ділянці  конвеєра перетворюється вимірювачем, що працює разом з підсилювачем УП-20 і приставкою УК-5 1б в електричний  сигнал постійного струму і надходить  на трипозиційний пристрій 1д, що в  залежності від значення сигналу  виробляє три команди: «менше норми», «норма», «більше норми».

Сигнал із трипозиційного пристрою, посилений підсилювачем 2б, впливає на виконавчий механізм –  реверсивний електродвигун РД-09 2а, що опускає або піднімає заслінку, змінюючи відповідним чином витрату  матеріалу.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Функціональна схема

Функціональна схема призначена для відображення основних технічних  рішень прийнятих при проектуванні систем автоматизації.

При створенні функціональної схеми визначають:

• доцільний рівень автоматизованого технологічного процесу;
• принципи організації контролю, їх керування технологічним процесом;
• технологічне устаткування керованої автоматично, дистанційно або в обох режимах за завданням оператора;
• перелік її значення контрольованих і регульованих параметрів;
• методи контролю, закони регулювання і керування;
• об`єм автоматичних захистів і блокувань автономних схем керування технологічними агрегатами;
• комплект технічних засобів, види енергії для передачі інформації;
• місце розміщення апаратури на технологічному обладнанні, на щитах і пультах керування.

   На функціональній схемі зображуються системи автоматичного контролю, регулювання, дистанційного керування, захисту сигналізації і блокування. Всі елементи показуються у вигляді умовних зображень і поєднуються в єдину систему лініями функціонального зв`язку.

На функціональній схемі  автоматично зображуються елементи щита і пульта керування.

Верхня частина функціональної схеми призначена для зображення схеми процесу або об`єкта керування, умовних позначень здавачів і приладів вимірювання.

Вторинні прилади контролю і керування тобто елементи щита і пульта зображені в нижній частині у вигляді прямокутників довільних розмірів.

Всередині контура прямок розташовані умовні позначення приладів, засобів сигналізації та апарати  керування.

Зв`язок між первинним  перетворювачем і вторинним приладом показується суцільною лінією або  обривом лінії з номерацією.

 

1 – бункер з бетонною сумішшю;

2 – шнек;

3 – конвеєр;

4(8) – електродвигун , ;

5(6) – датчик рівня та ;

7(9) – датчик швидкості  руху шнека  , стрічки ;

10 – датчик, що контролює  масу суміші на конвеєрі  ;

11 – прилад дистанційної  передачі показів сигналу маси  на конвеєрі  ;

12(14) – прилад дистанційної  передачі показів сигналу швидкості  на конвеєрі  та шнеку ;

13(15) – магнітні пускачі  та ;

16(17) – прилади дистанційної  передачі  та ;

18 – прилад сигналізації рівня ;

19 – сигнальна лампочка  ;

20 – регулятор рівня   ;

21(22) – пристрій показів  швидкості стрічки  , шнека ;

23 – регулятор ваги  .

За допомогою датчика контролюється верхній рівень суміші у бункері. Сиг-нал про значення рівня через дистанційну передачу поступає на прилад сигналізації . При досягненні заданого рівня в бункері загоряється сигнальна лампочка . Нижній рівень контролює залишок суміші у бункері, сигнал з якого поступає через прилад дистанційної передачі сигналу на регулятор рівня . Якщо суміші в бункері не має, то регулятор рівня виробляє сигнал, який через магнітний пускач відключає електродвигун і конвеєр зупиняється. Якщо маса суміші дуже велика, то датчик, що контролює масу на конвеєрі посилає через прилад дистанційної передачі на регулятор ваги сигнал, який через магнітний пускач вимикає електродвигун і подача суміші шнеком припиняється. Для контролю швидкості руху конвеєра в схемі передбачено, індикація швидкості на приладі , сигнал, який поступає з давача швидкості . А для контролю швидкості руху шнека в схемі передбачено, індикація швидкості на приладі , сигнал, який поступає з давача швидкості .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Структурна схема

Структурною схемою називають  схему, що визначає основні системи  автоматизації і їх взаємозв`язки. Метою побудови структурної схеми є: визначення основних контурів системи автоматизації, які забезпечують функціонування засобів автоматики.

Структурна схема контролю суміші в бункері і регулювання  подачі її шнеком на конвеєр приведена  на рис 3.

 

 об`єкт автоматизації (конвеєр);

 датчик ваги;

 регулюючий  елемент (задатчик ваги);

 підсилювач;

виконавчий механізм (двигун).

Для аналізу структурної  схеми здійснюють еквівалентне перетворення шляхом заміни кількох елементів іншими з визначенням передаточних функцій: , , .

Об`єктом автоматизації є конвеєр, передаточна функція якої:

 

 Чутливим елементом  є датчик ваги – безінерційна  ланка і описується переда-точною функцією пропорційної ланки . 

Регулюючим елементом  є задатчик ваги – пропорційна  ланка . 

Підсилювач – коливальна ланка II-го порядку

.  

Виконавчий механізм –  пропорційна ланка

. 

Знаходимо передаточну функцію паралельного з`єднання ланок та :

   

Знаходимо передаточну функцію  послідовного з`єднання:

.

Еквівалентна передаточна  функція  для паралельного з`єднання зі зворотнім зв`язком рівна

 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Опис основних елементів автоматичної         системи

Згідно функціональної схеми, яка наведена вище ми маємо  датчик ваги , два датчика швидкості та , два магнітні пускачі та , два датчика рівня та і регулятор рівня .

Для контролю маси суміші на транспортері вибираємо конвеєрні ваги ВК-1М, які зображені на рис.4.1.

Рис. 4.1 Конвеєрні ваги ВК-1М.

 

Вони призначені для неперервного зважування сипучих матеріалів, які  транспортуються горизонтальними і похилими конвеєрами, з ціллю технологічного контролю, нормування і врахування маси матеріалів, а також для комерційних розрахунків.

Система контролю і керування  конвеєрних ваг здійснює безперервне  зважування сипучих матеріалів. Маса матеріалів підраховується шляхом інтегрування продуктивності за час роботи. Передбачена  можливість передачі інформації в ЭВМ верхнього рівня для подальшої обробки і використання.

Напруга живлення – 220В/ 50 Гц;

Споживча потужність –  не більше 20 Вт.

                                                                                                           Таблиця 4.1

 

Технічна характеристика конвеєрних ваг ВК-1М

 

Специфікації / Модель ваг	ВК-1М
Ширина конвеєрної стрічки, мм	1200, 1400, 1600, 2000
Найбільша лінійна  густина зваженого матеріалу (погонне навантаження), кг/м	200
Швидкість руху стрічки, м/с	до 5
Кут нахилу конвеєра до горизонту, град.	до 20
Границя допустимої похибки по ГОСТ 30124	± 1%
Найменша лінійна  густина зваженого матеріалу, %  від найбільшої лінійної густини	20
Найменша границя  зважування	0,1% маси матеріалу зваженого за
	1 год. при найбільшій  лінійній густині матеріалу
Гранулометричний  склад, мм	до 200
Довжина конвеєра, м, не менше	6
Кількість вагових  роликоопор	2
Маса, кг	235
Довжина з`єднувального кабеля, не більше 100 м

 

Види індикації (6-розрядний світодіодний індикатор, висота знаків 15 мм):

• продуктивність;
• середня продуктивність за час відвантаження;
• сумарні витрати (кількість відвантаженого матеріалу)
• час відвантаження;
• миттєва швидкість стрічки.

Функції:

• захист від несанкційованого доступу;
• запам`ятовування тари порожньої стрічки;
• введення і відключення уставок (потрібна доза, порогове значення продуктивності для сумування);

 Калібрування:

• режим «тестового прогону» з введенням оператором вручну значення еталонної маси відвантаженого матеріалу для вирахування масштабного множника, довжини конвеєрної стрічки і кількості обертів під час тестового прогону (для калібрування датчика швидкості);
• введення параметрів роботи контролера (час виміру, параметри фільтрації, зв`язок з комп`ютером, одиниці виміру для індикації продуктивності – кг/хв., кг/год., тонн/хв., тонн/год.).
• вбудований струмовий вихід – 0…5 мА; 
• порт для дистанційного керування на ИК променях + пульт дистанційного керування (дальність 3…15м);
• інтерфейси – паралельний Centronics і послідовний RS232-C, зберігання настройок в енергонезалежній пам`яті EEPROM.

Входи та виходи:

7 дискретних вихідних  сигналів TTL – рівня, в тому числі дві уставки:

• «нуль» - встановлюється по порогу навантаження на тензодатчик. Можливий режим ігнорування навантаження менше цього порогу.
• «відсічка» - приводиться, коли сумарна маса матеріалу, що пройшла по конвеєру перебільшила задане значення;
• 5 дискретних входів («сухий контакт»): «режим настройка», «режим конвеєр», «нуль», «старт», «стоп».   

Комплект доставки:

• вантажоприйомна платформа;
• датчик швидкості;
• ваговий контролер;
• комплект з`єднувальних кабелів.

  Умови експлуатації:

• вантажоприйомного пристрою:
• температура від -35°C до +50°C;
• ступінь захисту IP54 ГОСТ 14254.
• вагового контролера:
• температура від -10°C до +40°C;
• ступінь захисту IP65 ГОСТ 14254.