Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Электрификация кормораздатчика

Содержание

1.Введение и основы интенсификации………………………………..2

2.Описание работы технологической линии………………………….5

3.Анализ вариантов управления и существующего

объема автоматизации технологической линии………………………6

4.Разработка структурных формул…………………………………….8

5.Выбор контроллера……………………………………………………10

6. Расчет параметров потребителей и выбор автоматических

выключателей…………………………………………………………13

7.Расчет осветительных установок……………………………………..17

8.Литература……………………………………………………………..25

1.Введение и основы интенсификации.

Научно-технический прогресс в АПК России формирует стратегию машинно-технологического обеспечения производства продукции животноводства. Особенно это важно на современном этапе рыночных отношений и конкуренции за рынок сбыта. В настоящее время наблюдается тенденция вытеснения отечественной продукции молока, мяса , а также сельскохозяйственной техники и автоматизированных машинных технологий с рынков России. В этих условиях все больше возрастает роль науки в формировании стратегии механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства на отечественном оборудовании. И здесь встает главный вопрос – кто будет разрабатывать и производить высокоэффективную технику XXI века? Только в недрах институтов РАСХН, владеющих передовыми технологиями производства сельскохозяйственной продукции могут зародится техника и технологии буд-щего.

Высокоточное ведение производства, в том числе животноводства – терминология, указывающая на стремление повышения точности, на уменьшение количества ошибок, промахов, на необходимость учета большого числа факторов. В конечном счете высокоточное ведение производства и, в частно-сти, молочного животноводства возможно при внедрении научно-технического прогресса в отрасль. При этом важно строго (и точно!) выполнять предписания, требования, показатели, которые дают биологи, технологи (зоотехники, ветеринары): рацион кормления; правила осеменения и воспроизводства; температурно-влажностные и другие условия содержания; освещение, облучение и продолжительность светового дня; прогулки, моционы, продолжительность двигательной активности; режимы доения, поения; получение заданного (высокого) качества молока.

Интенсификация - понятие филологическое, инженерное, технологическое, производственное. Но по своей сути оно тождественно (пропорционально) управленческим понятиям: повышению эффективности технологий, росту экономической эффективности производства, т.е. когда меньшими затратами средств (меньшим количеством работников, животных; меньшими затратами энергии и исходных материалов) производится большее количество готовой продукции заданного качества. Интенсификация - это процесс, который характеризуется динамикой во времени, и он может присутствовать в производстве длительно и рассматриваться на многолетнем интервале.
Интенсификацию производства можно оценивать и в денежном выраже-нии, если использовать показатель удельных прямых издержек производства или себестоимости (С) на тонну молока:

Молочная ферма является сложным объектом (СО) управления, который характеризуется следующими чертами:

--отсутствием полного математического описания объекта; математической модели нет, но для построения автоматизированной системы управления она в том или ином виде необходима; поэтому автоматизированные ком-ьютерные системы управления сложным объектом могут быть информационные, информационно-соответствующие и управляющие. Такая терминология определяет степень автоматизации (компьютеризации) управления;
--стохастичность поведения СО по причине случайных помех, его зашумленности и наличия биологического объекта (БО), который имеет вероятностный характер поведения;
--«нетерпимость» к управлению, вызванная поведением коллектива людей в системе управления СО, который имеет свои цели, зачастую не совпадающие с общей целью управления фермой ;
--нестационарность СО, вызванная дрейфом его характеристик и эволюций во времени (старением, изменением структуры);
--невоспроизводимостью экспериментов. В разные моменты времени СО по разному реагирует на управляющее воздействие.

В связи с названными особенностями СО управление ведется с опережением и по намеченному направлению изменения объекта. Предварительно дается пробное, а затем основное управляющее воздействие. Или предельно сокращается цикл управления в расчете на то, что СО за короткое время не успеет сильно изменить свои характеристики.

При управлении СО могут быть выделены три группы задач (рис. 1).
Контур 1 текущего автоматического (или автоматизированного) управления, в который входят системы управления поточными линиями и биологическими объектами. Для решения текущих задач управления технологическим процессом эффективно использовать микропроцессоры.
Контур 1 компенсирует высокочастотные сигналы возмущающих воздействий, которые как случайные процессы характеризуются корреляционной функцией и математическим ожиданием в реальном времени. В молочном скотоводстве это – регулирование температуры помещений , регулирование подачи доз корма и др. ; основные частоты возмущений при текущем управлении лежат в пределах 1-3600 1/ч. Частотные оценки рассчитывают по корреляционной функции и спектральной плотности.
Контур 2 оперативного управления решает задачи оптимизации суточного планирования технологических операций и осуществления направленных воздействий на технологический процесс. При управлении по этому контуру решаются задачи расчета и корректировки рационов; планирования отелов; осеменений; проведения профилактических мероприятий по уходу за животными, техникой; оптимизации режимов работы технологического оборудования; оптимизации параметров микроклимата и др. Управление по этому контуру осуществляется путем расчета на ЭВМ наилучших значений управляющих воздействий («Советов») и их реализации через специалистов фермы путем изменения заданий автоматическим системам в контуре 1 и выдачи их значений в виде документов и регистрации в ЭВМ исполнения.
Контур 3 обеспечивает расчет на ЭВМ среднегодовых технологических показателей и их оптимизацию путем определения (расчета) величин текущих, оперативных и годовых управляющих воздействий. Необходимость в управлении с годовым циклом возникает в том случае, когда управляемый параметр за многолетний интервал времени не остается постоянным и его изменение должно происходить по определенной траектории. При этом неизбежны случайные отклонения параметра под действием возмущений, носящих характер случайных величин или процессов.

Уровень молочной продуктивности коровы зависит прежде всего от наличия достаточного количества полноценных кормов и правильного их использования. Недаром народная мудрость гласит: «у коровы молоко на языке». Для кормления коров в летний период используют в основном зеленые корма — траву пастбищ, зеленую массу сеяных растений, ботву корнеплодов, огородных культур. При стойловом содержании в рационе (суточном наборе кормов) молочного скота преобладают сочные корма — свекла, морковь, силос, картофель и грубые — сено, солома, стебли кукурузы после уборки початков на зерно. Дополнительно дают концентрированные корма — зерно, отруби, комбикорма, жмых и шрот из семян подсолнечника, сои, рапса. Для обеспечения животных минеральными веществами используют поваренную соль, мел, костную муку, кормовые фосфаты и др. В качестве дополнительного источника на корм идут также пищевые и кухонные отходы.
Корма обеспечивают потребность животного в важнейших элементах питания: протеине (белке и промежуточных продуктах его образования и распада), минеральных веществах (кальции и фосфоре) и каротине, так как с каждым килограммом молока корова выделяет 30—35 г белка и 7—10 г минеральных веществ, преимущественно в виде кальция и фосфора. Общая питательность кормов выражается в кормовых единицах. За кормовую единицу принята питательность 1 кг овса среднего качества.

2.Описание работы технологической линии

Линия раздачи кормосмеси в коровнике состоит из мобильного кормораздатчика и питателей-дозаторов мятого картофеля, воды и комбикормов.

Если кормораздатчик-смеситель находится в исходном положении под питателями кормов, и в дозаторах-питателях имеется корм минимум на одну дачу, кратковременным срабатыванием контактов суточного реле времени включается линия загрузки, и кормораздатчик загружается кормом, после чего кормораздатчик перемещается к кормушкам, и происходит раздача кормосмеси. После завершения раздачи кормораздатчик возвращается в исходное положение.

Включается привод смесителя, и происходит одновременная загрузка кормораздатчика-смесителя кормами. После завершения загрузки кормами кормораздатчик перемещается к началу кормушек, и если процесс смешивания завершен, при движении вдоль кормушек производится раздача корма. Если процесс смешивания незавершен, кормораздатчик останавливается до его завершения, а затем происходит раздача. В конце кормушек кормораздатчик останавливается, и с выдержкой времени необходимой для выгрузки остатков корма и снятия инерционности от прямого движения раздатчика включается реверс привода М5, и кормораздатчик возвращается в исходное положение. При раздаче корм выгружается в оба ряда кормушек.

Рисунок 2 – Технологическая схема линии раздачи корма: 1 —питатель картофеля; 2 — дозатор-питатель концкормов; 3 — емкость для воды; 4 — раздатчик-смеситель кормов; 5 — выгрузное устройство; 6 — мешалка; 7 — насос; М5 — привод кормораздатчика.

3.Анализ вариантов управления и существующего объема автоматизации технологической линии

Технологическая схема может иметь различные варианты реализации и автоматизации управления. Схемы приготовления корма могут иметь различную реализацию, определяемую зональными особенностями и принятой практикой кормления. Приготовление корма может осуществляться как в специализированных кормоцехах, либо может быть сблокировано с коровником, либо иметь с ним транспортную связь. Раздачу корма на ферме реализуют по средствам передвижных (мобильных) и стационарных кормораздатчиков. Выбор типа зависит от способа кормления, зональных особенностей, условий содержания коров, организации работ на ферме и других. Так же возможны два основных типа дозирования: объемный и весовой.

Схему управления можно реализовать как на основании релейно-контактной схемы, так и на базе контроллера. В курсовой работе схему реализуем на базе контроллера, что обусловлено следующими факторами:

1. надежность (исключение из схемы большого количества релейно-контактных элементов и регуляторов, что повышает надежность и позволяет проще устранять неполадки (сокращает возможные места их появления));

2. простота исполнения (удобный и доступный интерфейс контроллера позволяет реализовывать на нем требуемые задачи при минимуме затрачиваемых усилий);

3. возможность мониторинга (контроллер позволяет выполнять контроль и мониторинг, выполняемого процесса в реальном времени);

4. функциональность (в случае изменения технологического процесса (времени срабатывания, задержек, очередности выполняемых процессов, уставок), можно обойтись без внедрения новых элементов схемы, путем перепрограммирования контроллера);

5. экономическая целесообразность (стоимость контроллера при значительных реализуемых схемах, ниже стоимости аппаратуры, используемой без применения контроллера. Во многих случаях, применение контроллеров, не требует наличия постоянного обслуживающего персонала).

Таким образом, целесообразность применения контроллера при реализации алгоритма управления обоснована.

В целях автоматизации линии раздачи кормов в коровнике, рассмотрим агрегаты, входящие в состав линии:

Питатель картофеля, приводящийся в движение электродвигателем АИР90L4 мощностью 2,2 кВт и синхронной частотой вращения 1500 мин^-1, дозатор – питатель кормнцкормов и насос воды, приводящиеся в движение электродвигателями АИР71В4 мощностью 0,75 кВт и синхронной частотой вращения 1500 мин^-1 , мешалка, приводящийся в движение электродвигателем АИР100S4 мощностью 3 кВт и синхронной частотой вращения 1500 мин^-1 , выгрузные устройства с двигателем АИР80А4 мощностью 1,1 кВт и синхронной частотой вращения 1500 мин^-

Схема управления должна обеспечить работу системы в автоматическом и наладочном режимах и технологическую сигнализацию о работе оборудования и обеспечивать защиту от повторного включения приводов после пропадания напряжения в сети.

При работе системы необходимо предусмотреть:

включение по суточному реле времени;
включение линии при наличии комбикорма и концкормов в питателях, на одну раздачу;
начало раздачи после завершения процесса смешивания;
одновременная загрузка корма в смеситель;

5) возврат кормораздатчика после раздачи в исходное положение.

4.Разработка структурных формул.

Как видно из анализа описания работы технологической линии и технического задания, для реализации управления, необходимо предусмотреть следующий объем технических средств автоматики:

датчик уровня в питателях, емкости для обрата и смесителе, для контроля их заполнения;
концевой выключатель, срабатывающий при положении раздатчика под питателем;
концевые выключатели в конце и начале кормушек, для контроля положения кормораздатчика;
суточное реле времени, функцию которого будет выполнять котроллер, для реализации включения линии по расписанию.

На основании вышеизложенного, составляем алгоритм управления, при этом примем следующие обозначения:

X₁– привод питателя картофеля;

X₂– привод питателя концкормов;

Х₃– привод насоса воды;

X₄– привод мешалки раздатчика;

X₅– привод кормораздатчика (раздача);

X₆– привод выгрузного устройства 1

X₇– привод выгрузного устройства2;

X₈– привод кормораздатчика (обратный ход);

z’_с– контакт суточного реле времени;

Z₂ – реле времени (смешивание);

z'₂ – контакт реле времени Z₂;

Z₃ – реле времени (реверс кормораздатчика);

z'₃ – контакт реле времени Z₃;

b₁ – датчик уровня питателя картофеля;

b₂ – датчик уровня питателя концкормов;

b₃ – датчик уровня емкости для воды;

b₄ – датчик уровня смесителя;

b₅ – концевик, срабатывающий при положении кормораздатчика под питателем;

b₆ – концевик (начало кормушек);

b₇ – концевик (конец кормушек).

Лини работает циклически по срабатыванию контакта суточного реле времени z'_c. При наличии картофеля в питателе (сработал b₁), концкормов (сработал b₂) и воды в емкости (сработал b₃) включается Х₄, Х₁, Х₂, Х₃. Так же включается Z₂, которое отсчитывает время смешивания. После заполнения смесителя срабатывает b₄, отключается Х₁, Х₂, Х₃ и включается Х5. Начинается движение кормораздатчика. После завершения смешивания срабатывает z’₂ и отключается Х₄. После достижения кормораздатчиком начала кормушек срабатывает b₆ и включаются Х₆ и Х₇. При достижении кормораздатчиком конца кормушек срабатывает b₇, отключается Х₅ и с задержкой времени z’₃ включается Х₈, который отключается после срабатывания b₅.

Структурные формулы и схемы включения для этих элементов сведем в таблицу1

Таблица1 - Структурные формулы и схемы включения

Элемент	Структурная формула	Схема включения
X₂
X₃
X₄
X₅
X₆

X₇
X₈
Z₂
Z₃

5.Выбор контроллера.

Из анализа технологического процесса видно, что контроллер должен обладать следующими параметрами:

- 7 дискретных входов;

- 9 дискретных выходов;

- достаточным количеством функций;

- эффективность и максимальная надежность в работе;

- легкость программирования и перепрограммирования;

- относительно малая стоимость.

Из всего многообразия микропроцессорных средств для управления технологическими процессами выбираем микроконтроллер ALPHA AL2 – 24MR – D фирмы Mitsubishi(рис.2), характеристики которого представлены в таблице 2 .

Рисунок 3.

Таблица 2 - Основные параметры контроллера

Электропитание	24В DС
Каналы ввода	15
Каналы вывода	9
Каналы дискретного ввода	15
Каналы дискретного ввода, конфигурируемые как аналоговые (0 – 10В)	8
Каналы релейного вывода	9
Функциональные блоки	до 200
Встроенные функции	38
Габаритные размеры (мм)	124,6 x 90 x 52

Характерные особенности системы серии Альфа-2 [4]:

Сообщения, выводимые на дисплей, и данные функционального блока. В контроллере серии "Альфа-2" имеется возможность отображать на жидкокристаллическом дисплее рабочее состояние и состояние аварийного сигнала в виде сообщения. Обеспечивается отображение следующего содержания, с использованием функционального блока отображения.

Значения, установленные для отображаемых таймеров и счетчиков может быть изменено в режиме РАБОТА (RUN).

- Общее количество символов на жидкокристаллическом дисплее: 12 символов х 4 строки

- Выводимые на дисплей виды информации: Сообщение, значение (текущее или установленное) для таймера и счетчика, аналоговые величины и т. д.

2) Программирование в режиме работы с персональным компьютером выполняется быстро и легко. Программное обеспечение AL-PCS/WIN-E для Windows способно создавать и сохранять программы. Программирование может осуществляться с использованием наглядного метода, при котором используются линии, соединяющие функциональные блоки в окне программирования. Также имеется возможность выполнять непосредственное программирование с использованием клавишей, расположенных на передней панели контроллера "Альфа-2".

3) Изображение на жидкокристаллическом экране пересылается по GSM модему. Контроллеры серии "Альфа-2" способны пересылать изображение, выводимое на жидкокристаллический дисплей, в виде сообщения, передаваемого по электронной почте с использованием GSM модема. Пользователь может следить за состоянием выполнения прикладной задачи при помощи доступа к диагностическим сообщениям, посылаемым по электронной почте через GSM модем.

4) Связь с компьютером поддерживается при помощи специализированного протокола. Контроллер серии "Альфа-2" поддерживает связь с компьютером (с помощью специализированного протокола). Специализированное по задачам пользователя прикладное программное обеспечение, при использовании линии связи с компьютером, дает возможность u1080 изменять плановые данные, параметры внутри функциональных блоков, и обеспечивает контроль состояния при выполнении прикладной задачи.

5) Усовершенствованная функция часов. Еженедельный таймер и функции календарного таймера имеют множество переключателей, которые могут быть установлены на разные моменты срабатывания, и обеспечивают широкие возможности управления с временной зависимостью.

6) Аналоговый вход, 0 – 10В/0 – 500, -50 o C – 200 o C (датчик РТ 100), -50 o C – 450 o C (термопара К- типа):

Вход пост. тока контроллера серии "Альфа-2" может воспринимать сигналы 0 – 10 В при разрешающей способности 0 – 500.

7) Аналоговый выход, 0 – 4000/0 – 10, 0 – 200 / 4 – 16 мА:

Контроллер серии "Альфа-2" может генерировать выходные сигналы в виде напряжения и тока.

8) Высокоскоростной счетчик, максимум 1 кГц.

Контроллер серии "Альфа-2" имеет высокоскоростные счетчики (максимум две позиции) при использовании блоков AL2-4EX (EI1, EI2).

9) Высокие возможности по величине выходного тока.

6.Расчет параметров потребителей

Для выбора средств автоматизации необходимо рассчитать рабочие параметры потребителей, в частности в нашем случае электродвигателей.

Номинальный ток электродвигателя:

(7.1)

где Р_н - Номинальная мощность электродвигателя, кВт;

cosφ – коэффициент мощности ЭД, о.е.;

U_н – номинальное напряжение, кВ.

Для привода питателя картофеля:

Технические данные потребителей сводим в таблицу 3

Таблица 3 ─ Технические данные электродвигателей

Обозначение	Наименование рабочей машины	Тип	Р_н	I_н	η	n_н	cos φ	K_i
Обозначение	Наименование рабочей машины	Тип	кВт	А	%	мин^-1	о.е.	о.е
М1	Питатель картофеля	АИР90L4	2,2	6,02	81	1500	0,83	6,5
М2	дозатор – питатель кормнцкормов	АИР71В4	0,75	2,05	73	1500	0,76	5
M3	насос воды	АИР71В4	0,75	2,05	73	1500	0,76	5
M4	мешалка	АИР100S4	3,0	6,1	84,5	1500	0,88	7
М5	корморазадтчик	АИР80А4	1,1	2,75	75	1500	0,81	5,5
М6	выгрузное устройство 1	АИР80А4	1,1	2,75	75	1500	0,81	5,5
М7	выгрузное устройство 2	АИР80А4	1,1	2,75	75	1500	0,81	5,5

7.Выбор автоматических выключателей

Автоматические выключатели выбираем для защиты цепи и электродвигателей от перегрузки и токов короткого замыкания.

Выбираем автоматический выключатель по следующим условиям:

– номинальному напряжению автомата

U_н.а ≥U_н.с

где U_н.а. – номинальное напряжение автоматического выключателя, В;

U_н.с. – номинальное напряжение сети, В.

– номинальному току автомата

I_н.а. ≥I_дл.,

где I_н.а. – номинальный ток автоматического выключателя, А;

I_дл. – рабочий ток цепи, защищаемой автоматом, А.

Для группы токоприемников:

(7.4)

(7.5)

(7.6)

где– полная расчетная мощность линии, ВА;

U_н – номинальное напряжение линии, В;

k_з – коэффициент загрузки электроприемника;

cosφ_н – номинальный коэффициент мощности;

m – коэффициент, зависящий от значения cosφ_н [8, рисунок П2.1].

– номинальному току теплового расцепителя

I_н.р.≥ k_н.т I_дл.,

где I_н.р – номинальный ток теплового расцепителя автомата, А;

k_н.m – коэффициент надежности, учитывающий разброс по току срабатывания теплового расцепителя, принимается в пределах от 1,1 до 1,3.

– току отсечки электромагнитного расцепителя

I_н.э-м.≥k_н.э I_кр.,

где I_н.э-м. – ток отсечки электромагнитного расцепителя, А;

k_н.э – коэффициент надежности, учитывающий разброс по току электромагнитного расцепителя и пускового тока электродвигателя (для автоматов АП-50, АЕ-2000 и А3700 k_н.э=1,25, для А3100 k_н.э=1,5),

I_кр. – максимальный ток короткого замыкания в месте установки автомата, А.

Для группы электроприемников:

где– пусковой ток электродвигателя или группы одновременно запускаемых электродвигателей, при пуске которых кратковременный ток линии достигает наибольшего значения, А;

– сумма номинальных токов электродвигателей без учета тока пускаемого электродвигателя, А.

– предельному отключаемому току:

I_{пред.откл}≥I_кр.

где I_{пред.откл} – предельный отключаемый автоматом ток, А.

Выбираем автоматический выключатель QF1. Автоматический выключатель защищает группу электродвигателей.

Принимаем коэффициенты загрузки электродвигателей

кВА.

Определим силу тока в защищаемой цепи.

А.

Определяем максимальный ток короткого замыкания в месте установки автомата.

А.

Ток срабатывания теплового расцепителя:

А.

Ток срабатывания электромагнитного расцепителя:

А.

На основании приведенных расчетов для защиты цепи выбираем автоматический выключатель АЕ2043М-20Н-40У3.

Аналогично выбираем автоматические выключатели для защиты остальных двигателей.

7. Расчет осветительных установок

Свет является одним из важнейших параметров микроклимата. От уровня освещенности и спектрального состава света зависят здоровье людей, продуктивность животных, расход кормов и качество получаемой продукции.Одна из особенностей освещения в сельском хозяйстве заключается в том, что рабочее освещение в помещениях для содержания животных одновременно и технологическое, т.е. обеспечивающее световой климат для животных: последнее является решающим при расчетах освещения в таких помещениях.Рационально спроектированные и грамотно эксплуатируемые осветительные установки позволяют компенсировать нехватку естественного света при минимальных затратах электроэнергии, электротехнического оборудования и материала.

Таблица 4– Результаты обследования здания

Наименование помещения	Площадь, м²	Длина, м	Ширина, м	Высота, м	Среда	Коэф-т отражения
Секция модульная	180	24	7,5	4	сырая, хим. агрессивная.	r(п)=50 r(с)=50 r(пол)=30
Коридор	153	51	3		влажная	r(п)=50 r(с)=30 r(пол)=10
Кормоприемная	112,5	15	7,5		сырая, пыльная	r(п)=50 r(с)=30 r(пол)=10
Молочное отделение	18	6	3		сырая	r(п)=70 r(с)=50 r(рп)=30
Доильный блок	180	24	7,5		сырая	r(п)=70 r(с)=50 r(рп)=30

Выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

Нормированная освещенность выбирается в зависимости от размеров объекта, контраста этого объекта с фоном, характеристикой фона и вида источника света. Величина нормированной освещенности приведена в СНиП 2305-95 и в отраслевых нормах освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений.

Правильно спроектированная и выполненная осветительная установка спустя некоторое время может перестать удовлетворять предъявляемым требованиям из-за старения источника света, загрязнения светильника и источника света, снижения отражательной способности поверхностей светильника. Чтобы освещенность не снизилась ниже нормируемого значения, на стадии проектирования осветительной установки необходимо ввести коэффициент запаса К_З. Для ламп накаливания К_З=1,15…1,7, для газоразрядных ламп К_З=1,3…2,1.

Электрификация кормораздатчика 📙 Реферат → 🆔 312230