2. Анализ технологического процесса и его аппаратурного оформления с точки зрения задач автоматизации.
В
строительной индустрии к тепловым
процессам относят процессы сушки,
пропаривания и прогрева железобетонных
изделий, подогрев заполнителей, обжига
керамзита и керамических изделий,
процессы в котельных агрегатах и варочных
котлах и др., а так же процессы охлаждения
заполнителей бетонной смеси.
Системы автоматического управления процессов нагрева и сушки можно разделить по регулируемым величинам на две основные категории: 1) САР параметров теплоносителя или сушильного агента; 2) САР параметров нагреваемого и высушиваемого материала. САР параметров первой категории предназначены для автоматического регулирования температуры и влажности теплоносителя или агента сушки. Измерение средней влажности нагреваемых и высушиваемых материалов часто затруднено и связано с техническими трудностями, в связи, с чем этот класс САР в чистом виде имеет несколько ограниченное распространение.
Автоматическое управление процессом сушки и нагрева сводится к проведению процесса в оптимальном режиме при максимальной производительности и экономичности, при обеспечении технологических свойств нагреваемого и высушиваемого материала.
В основе математического описания тепловых процессов лежит уравнение теплового баланса. Объекты строительной индустрии, в которых протекают тепловые процессы, как правило, обладают тепловой емкостью, оказывающей существенное влияние на динамику переходных процессов и, следовательно, на выбор системы автоматического управления и регулирования.
Подогреватели различных типов и сушилки конвективного типа являются весьма инерционными, их постоянные времени измеряются десятками минут.
Подогреватели и сушилки токами высокой частоты, в кипящем слое и другие являются сравнительно малоинерционными и характеризуются длительностью сушки от секунд до минуты. При подогреве, сушке и обжиге в зависимости от технологического процесса и схемы автоматизации автоматически контролируются и регулируются: температура нагрева материала, его влажность, разность температур входящего и выходящего теплоносителя или агента сушки, а так же количество теплоносителя.
Измерительные устройства, служащие для измерения указанных параметров, так же являются инерционными, хотя их постоянная времени, как правило значительно меньше, чем регулируемый объект.
Применяемые
для контроля температур термобаллоны,
динамометры и термопары описываются
дифференциальным уравнением:
Т(dy/dt)+y=K·G, (1.1)
где: Т- постоянная времени чувствительного элемента;
К - коэффициент усиления;
G - температура,°К или°С.
Уравнение измерительного устройства (например, термопары с пневмопреобразователем) имеет вид:
Тз (dP1/dt)+P1=K·G,(1.2)
где: Тз - постоянная времени измерительного устройства;
Р1 - давление воздуха на выходе измерительного устройства;
К - коэффициент усиления;
G - температура нагреваемого материала на выходе из установки.
Технологический прочес обжига строительных изделий и конструкций в туннельных печах происходит следующим образом: щелеваяпечь представляет собой туннель, оснащенный регистрами и трубопроводами для подачи пара во внутреннюю полость туннеля, гидравлическими затворами и вентиляторами для подачи атмосферного воздуха внутрь туннеля и выпуск его в период охлаждения изделия. Температура во внутреннем пространстве туннеля зависит от расхода газо-воздушной смеси в единицу времени. Чем больше расход газо-воздушной смеси в единицу времени, тем выше температура в туннельной печи. Поэтому для контроля и управления параметра температуры на линии подачи газо-воздушной смеси в печь в периоды подъема температуры и изотермической выдержки устанавливают соответствующий регулирующий орган, приводимый в движение исполнительным механизмом, получающего управляющие сигналы от программного регулятора температуры. В период охлаждения прекращается подача газо-воздушной смеси в туннель печи. Начинается подача газо-воздушной смеси к гидравлическим затворам печи, которые в результате этого открываются и происходит сообщение внутреннего пространства туннеля печи с атмосферным воздухом. Для создания потока воздуха, омывающего изделие, включают вентилятор. В процессе эксплуатации системы автоматизации возможен выход из строя регулирующего устройства контроля температуры. Поэтому необходимо предусмотреть возможность перехода системы управления и регулирование с автоматического режима управления на ручной режим управления.