Разработка автоматизированных систем контроля технологического процесса на современных кирпичных заводах

Асинхронные двигатели мощностью до 600 Вт чаще всего питаются от однофазной сети с фазосдвигающим конденсатором. При включении трехфазного двигателя в однофазную сеть возможны различные схемы включения.

Трехфазные асинхронные двигатели.

Исполнительные двигатели переменного тока мощностью свыше 500 Вт, как правило, трехфазные и питаются от трехфазной сети через управляющие устройства. Энергетические и регулировочные свойства асинхронных двигателей определяются электромагнитным вращающим моментом и статическими характеристиками.

Исполнительные двигатели как объекты автоматического управления.

Автоматические системы с исполнительными электрическими двигателями, как правило, рассчитывают на основе упрощенных передаточных функций, которые определяют из интегро-дифференциальных уравнений, описывающих поведение исполнительных двигателей в переходных процессах. Однако они дают возможность анализировать устойчивость и динамические характеристики систем электроавтоматики с исполнительными двигателями в линейном приближении при малых отклонениях координат относительно установившихся значений.

Основными показателями исполнительных механизмов с постоянной скоростью перемещения исполнительного органа, которые необходимо учитывать при их выборе, являются:

а) максимальное среднесуточное число включение в 1ч.;

б) момент на валу исполнительного двигателя;

в) мощность электродвигателя;

г) оптимальное передаточное отношение редуктора;

д) скорость перемещения регулирующего органа.

Регулирующие органы.

В качестве регулирующих органов используются различные заслонки, задвижки, клапаны, краны, ножи тарельчатых питателей и т. п.

В конечном счете, регулирующий орган меняет проходное сечение (отверстие) или сопротивление на пути следования вещества или энергии в объект управления. К основным характеристикам регулирующих органов относятся - перемещающее усилие, диапазон регулирования, расходная характеристика.

Расходной характеристикой называется зависимость между изменением положения регулирующего органа в процентах и расходом подаваемого в объект вещества. Расход вещества, однако, зависит не только от положения регулирующего органа, но и от свойств подаваемого вещества, его плотности, вязкости, от условий работы регулирующего органа, в том числе напора, сопротивления среды, перепада давления на регулирующем органе.

Расходные характеристики могут быть линейными и нелинейными. Наиболее предпочтительна линейная зависимость между расходом, подаваемого в объект компонента, и положением регулирующего органа.

Если простым сочленением ИМ с РО не удается добиться линейности, то используются нелинейные связи (сочленения) с помощью профилированных кулачков и тяг для придания характеристики желательной формы.

Наиболее простым видом РО являются регулирующие краны, используемые при управлении расходом потоков воды, а также вязких и агрессивных жидкостей.

Последовательность расчета гидравлических исполнительных устройств.

Исходными данными для расчета являются:

а) заданная полезная нагрузка Т на штоке поршня при рабочем ходе (вправо); при холостом ходе нагрузка отсутствует;

б) заданная скорость рабочего хода поршня V_п.

Порядок расчета.

1. Определяем рабочее давление привода из нормализованного ряда давлений (ГОСТ 356-59) Р, руководствуясь технологическими условиями, конструктивными особенностями машины, наличием гидроаппаратуры.

2. Рассчитываем диаметр цилиндра Д₀ из условия:

пологая, что до 20% (0,2) мощности насосной станции расходуется на преодоление сопротивлений в гидравлических магистралях и управляющей аппаратуры привода, на трение в исполнительном механизме и уплотнениях штока и поршня гидроцилиндра:

3. Выбор основных параметров гидроцилиндров, в том числе диаметров поршней и штоков, регламентируется ГОСТ 6340-64. Поэтому полученный диаметр Д₀ следует округлить до ближайшего стандартного значения (округление проводится, как правило, в сторону увеличения) .

Диаметр штока d_ш определяется обычно из условия:

.

Полученный d_ш также округляют до ближайшего большого по ГОСТ 6540-64 d_ш.

Рис. 4.2. Структурная схема гидропривода: 1) Насос; 2) Предохранительный клапан;

3) Фильтр; 4) Золотник; 5)обратный клапан; 6) Дроссель; 7) Цилиндр.

4. Определение рационального диаметра трубопроводов гидропривода d проводится после подсчета расхода Q_масла, необходимого для обеспечения заданной скорости поршня цилиндров диаметром :

.

5. Рекомендуемая скорость течения жидкости в трубопроводах при рабочих давлениях от 25 * 10⁵ Н/м² до 100 * 10⁵ Н/м² составляет 3 - 6 м/сек, возрастая с увеличением давления. Принимая эту скорость в приводе машины V_р, определяем внутренний диаметр трубопровода из равенства:

, откуда .

6. Полученный диаметр также округляют до ближайшего большого по ГОСТ 355-67 d^*.

7. По полученным ориентировочным расчетам для монтажа системы выбирают по ГОСТ 8734-58 трубы определенного материала, внешнего диаметра и толщины стенки, рассчитанные на эксплуатацию при выбранном рабочем давлении Р или ниже.

8. При выборе аппаратуры руководствуются допустимым давлением Р и расходом Q, которые рекомендует завод - изготовитель для каждого аппарата. Выбирают наименования и типоразмеры насоса, предохранительного клапана, фильтра, золотника, дросселя и обратного клапана.

9. В ответственных случаях после ориентировочного расчета необходимо провести поверочные расчет привода с целью определения всех потерь и произвести корректировку параметров, которые были получены при ориентировочном расчете.

Последовательность расчета пневматических исполнительных устройств.

Расчет параметров и подбор аппаратуры пневмопривода (рис. 4.3.) производится из следующих заданных условий:

а) полезная нагрузка Т на штоке поршня при рабочем ходе (вправо); при холостом ходе нагрузка отсутствует;

б) установившаяся скорость движения поршня V_п.

Порядок расчета.

Рис. 11. Структурная схема пневмопривода: 1) Золотник; 2) Обратные клапаны; 3) Дроссели; 4) Пневмоцилиндр.

1. Диаметр цилиндра Д₀ рассчитывается из условия: , откуда , где Р₁ и Р₂ - абсолютные давления соответственно в левой и правой полостях цилиндра, Д₀ - диаметр цилиндра; k - коэффициент, учитывающий потери на трение в цилиндре.

Площадь штока в виду ее незначительной величины по сравнению с площадью поршня не учитывается при расчете пневмопривода.

Давление Р₁ при достаточно больших проходных сечениях трубопровода можно считать равным давлению Р_с воздуха в сети.

Абсолютное давление в выходной полости цилиндра рекомендуется не менее 2 * 10⁵ Н/м². Если к равномерности скорости движения поршня (особенно при меняющейся во время движения нагрузки Т) предъявляются повышенные требования или выхлопная магистраль имеет большое сопротивление, оно должно быть увеличено.

Значение коэффициента k колеблется в пределах 1,15 ? 1.3 в зависимости от нагрузки, возрастая с ее уменьшением.

2. Выбор основных параметров пневмоприводов, в том числе диаметров поршней и штоков, регламентируется ГОСТ 6540-64. Поэтому полученный диаметр Д₀, следует округлить до ближайшего большого стандартного значения .

3. Диаметр штока d_ш выбирают обычно из условия:

.

Полученный диаметр d_ш округляют до ближайшего большего по

ГОСТ 6540-64 .

4. Рекомендуемая скорость движения воздуха в трубопроводах пневматических приводов линейно зависит от давления. При Р = 1 * 10⁵ Н/м² она не должна превышать 40м/сек. При Р = 10 * 10⁵ Н/м² - ее рекомендуемая величина - не более 16 м/сек. Значение допустимой скорости V_доп. при промежуточных значениях легко найти с помощью интерполяции. Имея это ввиду, из условия можно найти внутренний диаметр d подводящий к цилиндру воздух трубопровода: .

Полученный диаметр трубопровода округляют до ближайшего большего значения по ГОСТ 35567 и получают d^*.

5. Подбор аппаратуры осуществляется по давлению и расходу аналогично подбору аппаратуры в гидроприводе.

Заключение

На кирпичном заводе применяется технология пластического формирования, по которой изготавливают кирпичи и камни согласно ГОСТ 530-95.

В качестве АСР я выбрал систему регулирования температуры в туннельной печи, в зоне обжига керамического кирпича. В результате проделанной работы я выбрал конкретные технические средства автоматизации, привел последовательности расчета электрических, гидравлических и пневматических исполнительных устройств. Усвоил принципы расчета автоматизированной системы управления.

Таким образом, представил автоматизированную систему контроля технологического процесса на современных кирпичных заводах.

Библиографический список

1 С.Ж. Сайбулатов. “Производство керамического кирпича”. Москва. Стройиздат 1989.

2 В.С. Щербаков, А.А. Руппель, В.А.Глушец “Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MATLAB и Simulink”. Учебное пособие. Омск. 2003.

3 Коновалов Л.И., Петелин Д.П. Элементы и системы электроавтоматики. М., 1980. - 216 с.

4 Лапшенков Г.И., Полоцкий Л.М. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. Технические средства и лабораторные работы. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Химия, 1988. 288 с.

5 Приборы и средства автоматизации. Каталог 1.1 Приборы для измерения и регулирования температуры. Часть I-II. АО (“Информприбор”). Москва 1991.

6 Приборы и средства автоматизации. Каталог 2. Регулирующая и исполнительная техника. 2.1. Первичные и регулирующие устройства Часть II. АО (“Информприбор”). Москва. 1991

7 Приборы и средства автоматизации. Каталог 1. Устройства для контроля и регулирования технологических параметров. Приборы для измерения и регулирования уровня жидких и сыпучих сред. АО (“Информприбор”) Москва. 1991.

8 Приборы и средства автоматизации. Каталог 4. Приборы для нефтяной и газовой промышленности. Приборы регулирующие, пневматические. АО (“Информприбор”). Москва. 1991.

9 Приборы и средства автоматизации. Номенклатурный перечень серийно выпускаемых приборов и средства автоматизации .АО (“Информприбор”). Москва. 1991.

10 Приборы и средства автоматизации. Каталог 2. Регулирующая и исполнительная техника. Исполнительные механизмы и устройства. АО (“Информприбор”). Москва. 1991.