Дозирование сыпучих матриалов

 

 

 
 
Содержание

Введение……………………………………………………………….….………6

1. Разработка функциональной схемы автоматической системы дозирования сыпучих материалов……………………………………………….………..…….7

2. Расчет мощности двигателей шнековых питателей. Выбор двигателя..........9

3. Выбор силового электрообрудования…………………………………….....11

3.1. Выбор преобразователя частоты..…………………………..….…...…11

3.2. Выбор контакторов……...………………………………..……………13

3.3. Выбор источников питания……………………………….……………14

3.4. Выбор автоматических выключателей….……………………………..14

3.5. Выбор шкафов…………………………………………………………..15

3.6. Выбор кабелей…………………………………………………………..16

4. Выбор датчиков и элементов измерительной системы.………..…………..18

4.1. Датчик веса..….….….……….……….…….…….…..…….……..18

4.2. Нормализатор…………………….………………………..............18

4.3. Датчик положения..…………….………………………………..……...19

5. Выбор элементов системы управления……..……………………………….21

5.1. Выбор контроллера…..……….……….…….…….…..…….……..21

5.2. Выбор удаленных устройств сопряжения с объектом.…...............23

6. Структурна схема системы управления процессом дозирования сыпучих материалов. Оптимизация контура веса………………………………….…….26

7. Разработка имитационной модели автоматической системы дозирования сыпучих материалов………………………………..……………………………27

Заключение……………………………………………………………….….…...30

Список литературы…………………………………………………...…….....…31

Приложение …………………………………………………………………...…33

 

Введение

Дозирование применяется в любом  виде промышленности, так или иначе связанной с переработкой и транспортировкой сырья. Эффективность использования сырьевой базы в промышленности во многом зависит от точности дозирования компонентов. При этом и качество выпускаемой продукции также в большей степени зависит от точности состава компонентов. В настоящее время технические базы отечественных предприятий как морально, так и технически устарели и не являются конкурентно способными в производстве высококачественной продукции. Характерными примерами могут служить комбикормовая, металлургическая и химическая промышленности. Некоторые виды производства, такие как производство медикаментов требуют высокой точности дозирования компонентов.

Перспективные направления развития технической базы представленных выше промышленностей предусматривают техническое перевооружение и реконструкцию с созданием компактных, легко управляемых технологий с минимальным числом сырьевых потоков. Такие технологические схемы позволят управлять технологическими процессами с помощью микропроцессорных электронно-вычислительных машин на основе математических методов, а впоследствии использовать в целом автоматические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Автоматизация процессов производства приводит к усложнению технической базы и в тоже время к облегчению управлением производством. При этом важным показателем автоматизации процессов является скорость их выполнения или другими словами производительность системы. Снижение затраченного времени на выполнение любой операции приводит к ускорению процесса и, следовательно, к повышению производительности.

Повышение производительности и точности процесса дозирования с помощью автоматизированной системы приводит к повышению качества и количества выпускаемого продукта.

 

    1. Разработка функциональной схемы автоматической системы дозирования сыпучих материалов

Технологический процесс дозирования и смешивания широко используется в пищевой, строительной, фармацевтической и т.д. отраслях промышленности для приготовления ответственных и дорогостоящих смесей. Автоматизация технологического процесса направлена на оптимизацию системы по критериям максимальной производительности при заданной точности дозирования. Так как получение качественной и конкурентоспособной  продукции возможно только при автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов.[1]

Функциональная схема автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Функциональная схема автоматизированной системы дозирования и смешивания

В состав оборудования входят:

    • 6 расходных бункеров (РБ), содержащих дозируемые компоненты;
    • 6 шнековых питателей (ШП);
    • бункер-дозатор грузоподъемностью до 5000 кг, установленный на 3-х тензодатчиках (ТДВ);
    • бункер-смеситель, оснащенный асинхронным двигателем смесителя мощностью 15кВт и двигателем рыхлителя;
    • транспортная подсистема отгрузки готовой продукции.

В целом объект автоматизации включает в себя 11 асинхронных электродвигателей мощностью от 0,75 кВт до 15 кВт.

Материал поочередно поступает из расходных бункеров в бункер-дозатор, где в соответствие с заданным весом (рецептом) осуществляется дозирование. Сигнал пропорциональный текущему весу снимается с 3 тензодатчиков и поступает в нормирующий усилитель (НСУ) где суммируется, нормируется в стандартный сигнал напряжения и в таком виде поступает в устройство сопряжения с объектом (УСО 3), с помощью которого происходит общение с контроллером через интерфейс связи RS-485. По окончании процесса дозирования всех компонентов масса поступает в бункер-смеситель. В нем происходит смешивание компонентов до однородной массы. Время смешивания зависит суммарной массы компонентов. Готовая смесь поступает на транспортер отгрузки готовой продукции. Управление двигателями шнековых питателей ведется от одного преобразователя частоты через модуль релейной коммутации (УСО1) по сигналу микроконтроллера через RS-интерфейс. Двигатель смесителя (М8), рыхлителя (М9) и двигатель задвижки бункера-смесителя подключаются к сети через модули релейной коммутации УСО4, двигатель транспортера готовой продукции (М11) – через УСО6, которые управляются от микроконтроллера через RS-интерфейс. Обратные сигналы с концевых выключателей, сигналы состояния контакторов сообщаются контроллеру посредством УСО 2,УСО 5, УСО 7 также через интерфейс связи.

 

  1. Расчет мощности двигателей шнековых питателей.

Выбор двигателя.

При проектировании системы дозирования  сыпучих материалов, необходимо правильно выбрать мощность двигателя и скорость вращения шнекового питателя.

По техническому заданию на проектирование известны параметры механизма и желаемая производительность системы. Производительность шнекового питателя прямо пропорциональна скорости вращения механизма и находится по формуле:

(м3/ч) (*),

где

D – внешний диаметр шнека;

d – диаметр вала;

S – шаг винта шнека;

n – скорость вращения шнекового питателя;

j – коэффициент производительности. [2]

Для горизонтального шнека пассивная  область целиком размещается  на шнеке при условии S/D≤1 и следовательно применима формула:

Из формулы (*) можно определить скорость вращения шнекового питателя для получения необходимой производительности механизма.

Величина пассивной поверхности  на шнеке

где – угол трения материала о поверхность шнека (таблица 2).

Площадь витка винта

,

где R – радиус винта.

Коэффициент производительности

.

Секундная производительность

 м3/с,

где w – угловая скорость вращения шнекового питателя.

Удельный расход энергии

 кг×м/м3,

где m=0,8 – коэффициент трения, L – длина шнека, – насыпная объемная масса материала (кг/м3) (таблица 2).

Мощность на валу привода

 кВт.

По каталогу компании OOO "ТЕХПРИВОД" выбираем асинхронный двигатель Рн³N.[3]

Выбираем цилиндрический двухступенчатый соосный мотор-редуктор типа 4МЦ2С производства ООО “Подольск-привод” стоимостью 30450 руб. Основные технические характеристики представлены в таблице 3.

Таблица 3

Pн, кВт

n2, мин-1

M2, Нм

i

Межосевое расстояние, мм

Тип электродвигателя

7,5

355

195

8

100

АИРМ112М2Р3


Подробнее технические характеристики представлены в Приложении 1.

    1. Выбор силового электрообрудования.

3.1. Выбор преобразователя частоты.

По условию технологического проекта  двигатели шнековых питателей запитываем от преобразователя частоты последовательно, поэтому мощность преобразователя частоты должна соответствовать мощности выдранного двигателя.

Также преобразователь частоты  должен иметь возможность дистанционного управления по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS), управление по частотной характеристике U/f. Выбранный закон управления обеспечивает необходимый диапазон и точность регулирования привода.

Исходя из определенных выше условий, выбираем преобразователь частоты общепромышленного применения компании ПФК Веспер серии ЕI – 7011 типа 010Н.[4]

Технические характеристики:

  • полная защита двигателя;
  • встроенный ПИД-регулятор;
  • управление по вольт-частотной характеристике U/f;
  • язык команд пульта управления – русский;
  • аналоговые и цифровые входы/выходы для регулирования и дистанционного управления;
  • возможность дистанционного управления и мониторинга по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS);
  • питание 380 В, 50 Гц.

Широко используются в технологическом оборудовании, где применяется управляемый электропривод: смесителях, дозаторах, производственных линиях, системах водоснабжения, вентиляции, дымососах, подъемно-транспортном и т.п. оборудовании.

Преобразователи предназначены для  управления общепромышленным приводом, которому не требуется высокоточное поддержание скорости (±2%) и/или момента на валу двигателя (привод станочного оборудования, транспортеры, конвейеры, грузоподъемные механизмы). Таким образом, данная модель преобразователя частоты удовлетворяет техническому проекту.

Основные технические данные приведены  в таблице 4.

 

 

 

Таблица 4

Модель EI – 7011 - 010H

Максимальная выходная мощность (мощность применяемого электродвигателя), кВт

7,5

Выходные характеристики

Полная мощность преобразователя, кВА

10

Номинальный выходной ток, А

18

Максимальное  выходное

напряжение

Трехфазное 380…460 В (пропорционально входному напряжению)

Номинальная выходная частота

Вплоть до 400 Гц (достигается посредством программирования)

Источник питания

Номинальное входное напряжение и частота

Трехфазное 380…460 В  50/60 Гц

Допустимые колебания входного напряжения

+ 10%, - 15%

Допустимые колебания частоты входного напряжения

± 5%


 

Данная модель имеет встроенный тормозной прерыватель и один тормозной резистор сопротивлением 80 Ом. Встроенный модуль интерфейса RS-485 в комплекте с соединительным шлейфом поставляется при заказе.

Поставщик: ГРУППА КОМПАНИЙ РУСЭЛТ, стоимость: 28500 руб.[5]

 

3.2. Выбор контакторов.

Выбор контакторов осуществляется по номинальной мощности и/или  номинальному току двигателей, а также напряжению питания катушки контактора равному напряжению питания сети 220 В, возможностью установки/наличию дополнительного нормально замкнутого контакта.

В соответствии с приведенными требованиями выбираем контакторы серии КМИ компании IEK.

Малогабаритные контакторы переменного  тока общепромышленного применения КМИ на ток нагрузки от 9 до 95А  предназначены для пуска, остановки  и реверсирования асинхронных электродвигателей  с короткозамкнутым ротором на напряжение до 660 В (категория применения АС-3. Все исполнения на ток нагрузки до 40 А имеют одну группу замыкающих или размыкающих дополнительных контактов. Исполнения на ток нагрузки свыше 40 А – две группы (замыкающую и размыкающую). Область применения малогабаритных контакторов серии КМИ – управление вентиляторами, насосами, тепловыми завесами, печами, кран-балками, станками, освещением, в системах автоматического ввода резерва (АВР).

По своим конструктивным и техническим  характеристикам контакторы малогабаритные серии КМИ соответствуют требованиям международных и российских стандартов МЭК60947-4-1-2000, ГОСТ Р50030.4.1-2002. Контакторы малогабаритные серии КМИ прошли сертификационные испытания и на их серийный выпуск получен сертификат соответствия РОСС CN.ME86.B00144.[6]

Для двигателей шнековых питателей (7,5 кВт) выбираем контакторы КМИ-11811 18А 220В/АС3 1НЗ.

Поставщик: ООО "ИН-Сервис Электро", г. Москва. Стоимость: 210,0 руб.[6]

Для двигателя смесителя (15 кВт) выбираем контактор КМИ-23211 32А 220В/АС3 1НЗ.

Поставщик: ООО "ИН-Сервис Электро", г. Москва. Стоимость: 289,0 руб.

Для остальных двигателей, в том  числе и реверсируемых двигателей задвижек выбираем контакторы КМИ-10911 9А 220В/АС3 1НЗ, так как мощность не превышает 4 кВт.

Мощность катушки цепи управления составляет 60 Вт.

Поставщик: ООО "ИН-Сервис Электро", г. Москва. Стоимость: 157,6 руб.

 

 

3.3. Выбор источников  питания.

В качестве источников питания выбираем блоки питания компании Siemens серии LOGO!POWER =24 В/ 1,3 А, 30 Вт 6EP1 331-1SH02. Поставщик: ООО "Энергостандарт" г.Москва. Цена: 60,18 Euro.[7]

3.4. Выбор автоматических выключателей.

Выбор автоматического выключателя  производится для защиты силовых  цепей от перегрузок и токов короткого  замыкания (сверхтоков).

Выбираем автоматические выключатели  компании IEK серии ВА 47-29.

Автоматические выключатели ВА 47-29 – современное поколение аппаратов, предназначенных для защиты электрических цепей от перегрузок и токов короткого замыкания (сверхтоков), а также для осуществления оперативного управления участками электрических цепей. Выключатели выпускаются с защитными характеристиками B, С, D. Все изделия соответствуют ГОСТ Р 50345-99 и изготавливаются по ТУ 2000 АГИЕ.641.235.003.

Выбор автоматических выключателей ВА 47-29 производим для силовой цепи двигателей шнековых питателей (М1–М6) на номинальный ток IН=20 А, двигателя смесителя(М9) – IН=32 А, остальных двигателей – в соответствии с номинальными токами двигателей.

Поставщик: Торговый дом "Энерго-Кабель" Московская область г. Лобня, ул. Промышленная, д.8.[8]

Выбор автоматических выключателей ВА 47-29 для защиты двигателей производим по номинальному рабочему току. Их стоимость  указана в таблице 5. Для защиты источников питания LOGO!POWER выбираем двухполюсные автоматические выключатели ВА 47-29 2Р 10А 4,5кА х-ка С стоимостью 57 руб/шт. (в упаковке 6 шт.).

Таблица 5

Двигатель

М1М6

М7

М8

М9

М10

М11

Номинальный рабочий  ток выключателя, А/ характеристика

20/С

2/D

6/D

32/D

3/D

10/D

Стоимость, руб

98

122,68

98

98

122,68

98


Примечание:

1) М1 – М11 – условное обозначение двигателей, соответствующее функциональной схеме (рисунок 1).

2) Выбор автоматического выключателя  для защиты преобразователя частоты  производим аналогично выбранномым для защиты двигателей шнеков.

Для защиты шкафов выбираем вводные автоматические выключатели серии ВА 47-29 3Р 4,5кА х-ка С, рассчитанные на рабочие токи 40 А и 16 А, стоимость которых 98,00 руб/шт. См. приложение.

3.5. Выбор шкафов.

Выбор шкафов производим исходя из компоновки оборудования. Степень защиты шкафов должна быть пригодна для работы в пыльной и влажной среде.

Выбираем шкаф электротехнический навесной с монтажной панелью, производителя "НЕЛЕКОМ" и "ЦМО". Шкафы предназначены для учета и распределения электроэнергии в коммерческих и жилых сооружениях. Имеют современный дизайн, надежную конструкцию и уровень защиты IP 54.

Корпус шкафа выполнен из металла, имеет сварную конструкцию. Дверь фиксируется точечным замком, в шкафах большого размера устанавливается два замка. Внутрь корпуса установлена съемная монтажная панель. В нижней части предусмотрены кабельные вводы.

Шкафы выпускаются со степенью защиты IP 54. Покрытие порошково-полимерное – RAL 7035. Шкафы поставляются в собранном виде.

Поставщик: "СОНЕТ ТЕХНОЛОДЖИС". Выбранные шкафы и их стоимость приведены в таблице 6. [9]

Таблица 6

обозначение

тип

Размер (ВхШхГ), мм

Стоимость, руб

А

ЦМО

600х600х300

4072

В

Град 00

300х300х200

2025,3

C

Град 00

300х300х200

2025,3

D

ЦМО

500х400х200

2866,5

E

Град 00

300х300х200

2025,3


Примечание: обозначение шкафов приведено в соответствии с приложением.

Шкафы А, D и E располагаются на этажах, где соответственно располагаются бункер дозатор, бункер-смеситель и транспортер готовой продукции. Шкаф C располагается в операторской или отдельном помещении. Шкаф B располагается в непосредственной близости к бункеру-дозатору, чтобы снизить помехи сигналов с тензодатчиков веса.

Ввод силового кабеля сети в шкафы  осуществляем со дна справа в трубе. Вывод кабелей и проводов также  осуществляется со дна шкафа. Слева  на боковой панели шкафа устанавливаем кабель-канал размером 20х25для прокладки кабеля интерфейса.

Для монтажа и укладки проводов используется кабель-канал перфорированный размерами 40х40, стоимость – 75 руб/м и 20х25, стоимость – 56 руб/м, 25х40 – 63 руб/м, поставщик: ООО "Электрополе".[10] Кабель-канал размером 25х40 устанавливаем в шкафу В справа от преобразователя частоты для укладки кабелей , идущих от него. Кабель-канал состоит из основания с перфорацией и фиксируемой крышки. Предназначен для компактной кабельной разводки в электрощитовом оборудовании. Изготовлен из жесткого поливинилхлорида, обладающего хорошими изоляционными характеристиками.

3.6. Выбор кабелей.

Соединение оборудования в шкафах производим одножильным проводом марки ПВ-1, имеющим однопроволочную и многопроволочную медную жилу с поливинилхлоридной изоляцией различного цвета. Выбираем провод с однопроволочной жилой сечением 1 мм2 стоимостью 3,62 руб/м, рассчитанный на токи до 17 А, для подключения оборудования цепи управления, а также автоматических выключателей и контакторов, рассчитанных на нагрузку до 11 А; провод сечением 1,5 мм2, стоимостью 5 руб/м, рассчитанный на ток 23 А, для подключения преобразователя частоты, контакторов и автоматических выключателей силовых цепей шнековых питателей; провод сечением 3 мм2, стоимостью 9,75 руб/м, рассчитанный на ток 34 А, для подключения контактора и автоматического выключателя силовой цепи двигателя смесителя. Питание преобразователя частоты и контакторов выполняем проводом с многопроволочной жилой.

Поставщик: Торговый дом PRO, г. Москва.[11]

Для питания двигателей выбираем трехжильный  экранированный кабель марки ВВГЭ. Кабели изготавливаются в трехжильном  и четырехжильном исполнении, сечением 1,5-240 кв.мм. Кабели предназначены для передачи и распределения электрической энергии в стационарных электротехнических установках на номинальное переменное напряжение до 1 кВ номинальной частотой 50 Гц. Кабели предназначены для одиночной и групповой прокладки в производственных помещениях.

Ввод сети производим четырехжильным кабелем марки ВВГЭ сечением жилы 8 мм2.

Выбираем трехжильные кабели сечением 2 мм2 для питания двигателей шнековых питателей, 4 мм2 – двигателя смесителя, 1,5 мм2 – остальных двигателей.

Производитель: ОАО "Завод "Сарансккабель".[12]

Для интерфейса RS-485 (Profibus) применяем кабели симметричные марки КИПЭВ, конструкция которого: пары с многопроволочными медными лужеными жилами диаметром 0,6 мм в экране из алюмолавсановой ленты с дренажным проводником и оплетки из медных луженых проволок плотностью 88-92 %, в оболочке из ПВХ или светостабилизированного полиэтилена.

Производитель: ООО "ПКФ Элкаб-Урал", г.Екатеринбург.[13]

Для подключения концевых датчиков положения используем двухжилные гибкие кабели марки ВВГ, сечением жилы 1 мм2. Стоимость кабеля – 12,6 руб/м.

Для запитывания СНУ 4-010 используем трехжильный кабель марки ВВГ сечением 1,5 мм2, стоимость – 22,50 руб/м.

Питание тензодатчиков веса от СНУ  осуществляем кабелем с резиновой  изоляцией типа Н05RR-F, пятижильный сечением 0,75 мм2, стоимость – 54 руб/м. Пригоден для длительного применения в наружных условиях, а также в промышленных установках. Производитель: HELUKABEL, поставщик: фирма "Секоин".[14]

Проводку сетевого кабеля, кабеля интерфейса, кабелей питания двигателей, тензодатчиков и проводов концевых выключателей производим в металлических трубах. Подвод кабелей к оборудованию выполняем в гофрированных трубах.

 

4. Выбор датчиков и элементов измерительной системы.

4.1. Датчик веса.

Датчик веса должен быть пригоден по степени защиты для работы в пыльной и влажной среде, иметь предел измерений по массе выше 5,5 тонн, работать на разжимание. Бункер-дозатор подвешивается с помощью трех датчиков.

В качестве датчика веса выбираем S-образный стальной тензодатчик подвесного типа, работающий на разжимание, компании SCAIME серии SD25X, поставщик: Научно-производственное предприятие "КВИНТ".[15] Технические параметры следующие:

Метрологические характеристики:

  • суммарная погрешность – 0,02 %;
  • класс точности (число поверочных интервалов) – 2500;
  • предел измерения – 6000 кг;
  • минимальный поверочный интервал – 1/5000;
  • рабочий коэффициент передачи – 1,2.

Конструкция:

  • материал корпуса – нержавеющая сталь.

Электрические характеристики:

  • выходное сопротивление – 1000 Ом;
  • входное сопротивление – 1100 Ом;
  • номинальное напряжение питания – 10 В;
  • максимальное напряжение питания – 15 В.

Параметры надежности:

  • степень защиты – IP65.

Условия эксплуатации:

  • диапазон температур компенсированный – -10 0C ... +40 0C;
  • диапазон рабочих температур – -20 0C ... +60 0C;
  • предельно допустимая перегрузка – 200 %;
  • безопасная перегрузка – 150 %.

4.2. Нормализатор.

Нормализатор должен иметь возможность  принимать и суммировать сигналы как минимум трех тензодатчиков, осуществлять их питание напряжением 10 В. Преобразовывать выходной сигнал тензодатчиков в нормированный сигнал по напряжению. Обладать высокой пыле- влагонепроницаемостью.

В качестве нормализатора выбираем нормирующий усилитель НУ весоизмерительной компании "ТЕНЗО-М" модели СНУ4-010.[16]

Нормирующие усилители предназначены для преобразования выходного сигнала тензодатчиков в нормированный аналоговый сигнал по напряжению или току.

Технические характеристики СНУ4-010 представлены в таблице 7.

Таблица 7

наименование

СНУ4-010

Напряжение питания усилителя, В

18…36

Количество подключаемых датчиков

4

Сигнал на выходе усилителя, В

0…10

Максимальный потребляемый ток, мА

100

Напряжение питания датчика, В

10

Суммарная погрешность в рабочем  диапазоне температур, %

0,05…0,08

Рабочий диапазон температур, 0С

-30…+60

Степень защиты оболочкой по ГОСТ 14254-96

IP65

Дозирование сыпучих матриалов 📙 Курсовая → 🆔 75124

Дозирование сыпучих матриалов 📙 Курсовая → 🆔 75124

Дозирование сыпучих матриалов