книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

управления процессами с применением УВМ включает большой комплекс научно-исследовательских, экспериментальных и про­ ектно-конструкторских работ.

Следующим этапом совершенствования управления по отно­ шению к оптимальному планированию работы цехов является оптимизация деятельности завода в целом по экономическому кри­ терию. Для этого разрабатывают математическо-экономическую модель цементного производства. Предусматривается выполнение работ по созданию типовых автоматизированных систем управления с определением наиболее экономичных структур и последующего их распространения с постоянно возрастающим объемом внедрения систем автоматизации отдельных агрегатов, линий, а также средств автоматизации инженерного и управленческого труда.

§ XIII.!. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОМОЛА ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЦЕМЕНТА

Измельчение материалов в цементном производстве — один из основных технологических процессов. Помолу подвергают природ­ ные сырьевые материалы и искусственно подготовленные полуфаб­ рикаты с различными добавками для придания определенных свойств цементу. От качества этих материалов и степени измельчения за­ висит качество цемента.

Помольные агрегаты, применяемые в цементной промышленности, имеют высокую энергоемкость, и повышение коэффициента их по­ лезного действия чрезвычайно важно. Конструктивные решения помольных агрегатов зависят не только от их мощности, но и от спо­ соба производства цемента. Например, для мокрого способа произ­ водства нужны агрегаты, которые размельчают сырье с добавлением воды. При этом получается пульповидная масса, называемая шла­ мом. При производстве цемента сухим способом требуется получить сухую (с минимальной влажностью) смесь в виде порошка. Для этого используют агрегаты, совмещающие сушку и помол сырья. Следовательно, цель автоматизации процессов измельчения мате­ риалов состоит в том, чтобы обеспечить максимальную производи­ тельность и устойчивые качественные показатели продукта помола.

Основной параметр, на котором базируется система автомати­ зации работы трубных шаровых мельниц, — частота шума, изда­ ваемая агрегатом в процессе помола — использование электроакус­ тического метода контроля загрузки.

Исследования технологических процессов помола, проводимые институтом ВИАСМ в течение длительного времени, позволили со­ здать ряд систем контроля и регулирования. Системы выполнены для отдельных агрегатов цементного производства и в настоящее время получили широкое применение на отечественных цементных за­ водах. Внедрение их позволило резко повысить производительность агрегатов, улучшить качество продукции, снизить расход элект­ роэнергии, улучшить условия работы обслуживающего персонала.

230

применяющих пластичные материалы—глину имел. Цель автомати­ зации регулирования процесса приготовления шлама — получение шлама с нормальной растекаемостыо и минимальной влажностью при максимальной производительности агрегата. Для этого необ-

грузки приводов электродвигателей болтушек и соотношения нагру­ зок приводов двух болтушек. Суммарная нагрузка регулируется в зависимости от производительности и среднего значения нагрузок приводов болтушек. Для регулирования вязкости шлама в системе

231

предусмотрено автоматическое регулирование подачи воды в бол­ тушку.

В системах, обеспечивающих автоматическое регулирование загрузки, использованы электронные регулирующие приборы. Сиг­ нал от преобразователей приводов обеих болтушек поступает на ре­ гулятор. В случае превышения суммарной нагрузки электродвига­ телей, что происходит при перегрузке болтушек, регулятор останав­ ливает конвейер и подача материала прекращается. При уменьше­ нии нагрузки на двигатели регулятор вновь включает конвейер и подача материала возобновляется. Режим работы этого регулятора позиционный: пуск — стоп конвейера.

При автоматическом регулировании соотношения нагрузок электродвигателей приводов болтушек сигнал, пропорциональный среднему значению тока первой болтушки, с одного преобразова­ теля подается на вход регулятора, а сигнал второго преобразователя, пропорциональный среднему значению тока второй болтушки, по­ дается вместо задатчика этого же регулятора; оба поступивших на регулятор сигнала сравниваются в нем. В зависимости от нагрузки каждого двигателя регулятор дает команду исполнительному ме­ ханизму шибера течки, который перекрывает ту или другую течку, тем самым регулируя подачу сырья в болтушки. Таким образом обес­ печивается равномерная работа двух болтушек.

Вязкость шлама поддерживают системой автоматического ре­ гулирования подачи воды. В качестве измерителя вязкости шлама служит ротационный вискозиметр со вторичным прибором. Сигнал вискозиметра, пропорциональный вязкости шлама, подается на электронный регулятор, который воздействует на исполнитель­ ный механизм расхода воды, уменьшая или увеличивая поступление

еев болтушки.

Вданной системе применен параллельный принцип построения схемы контроля и регулирования. В ней наряду с автоматическим регулированием осуществляется и контроль регулируемых пара­ метров. Сигналы с измерителей токов одновременно подаются на по­ казывающие и записывающие приборы. Система автоматического регулирования работы болтушек предусматривает также возмож­ ность дистанционного управления положением шибера в течке, рас­ ходом воды-в болтушке и конвейерами. В качестве исполнительного механизма для перемещения шибера и регулирования расхода воды используют электрические приводы.

Автоматизация процесса мокрого помола сырья в трубной шаро­

вой мельнице. Цементное сырье независимо от его вида подготав­ ливают в трубных шаровых мельницах. Если завод использует мягкое пластичное сырье — мел и глину, то мельницы служат только для окончательного его измельчения. При работе на твердых породах весь процесс измельчения после его дробления ведется непосредст­ венно в трубных мельницах.

Системы автоматического управления процессом помола в много­ камерных шаровых мельницах открытого цикла должны обеспечи-

232

В автоматическом регулировании загрузки мельниц сырьем заложен принцип поддержания соотношения между частотой шума в первой камере и величиной расхода подаваемого материала электронным регулирующим прибором. При этом величину соот­ ношения принимают такой, при которой колебания тонкости помо­ ла шлама получаются наименьшими. У первой камеры установлен

Рис. XIII.2. Принципиальная схема автоматического регулирования помо­ ла сырья в трубной шаровой мельнице

микрофон, который воспринимает частоту шума, издаваемого ка­ мерой, и преобразует ее в электродвижущую силу. Для контроля

ирегулирования процессов мокрого помола используют микрофоны

сэкранировочными щитками, что повышает направленность их действия. Возбужденная в микрофоне электродвижущая сила пере­

дается в усилительно-преобразующий блок, который усиливает и преобразует шумовую электродвижущую силу в напряжение постоянного тока. Величина напряжения пропорциональна этой частоте. Полученное таким образом напряжение подается на элект­ ронный автоматический потенциометр, измеряющий и регистрирую­ щий величину напряжения и, следовательно, заполнение мельницы материалом.

Сигнал с автоматического потенциометра поступает на вход элект­ ронного регулирующего прибора, управляющего исполнительным механизмом, который переставляет нож тарельчатого питателя. На ноже питателя установлен индукционный преобразователь рас­

233

хода сырья. Исполнительный механизм включается лишь тогда, когда величина регулируемого параметра выходит за пределы зоны нечувствительности регулирующего прибора. Поскольку при изме­ нении размалываемости материала изменяется частота шума каме­ ры, регулятор всякий раз уменьшает или увеличивает количество материала, поступающего в мельницу. Система автоматического регулирования загрузки сырья устраняет перегрузку второй и третьей (а в четырехкамерной мельнице и четвертой) камер при по­ даче мелкого сырья и недогрузку этих камер при подаче крупного сырья. В результате становится возможным иметь меньший раз­ брос значений тонкости помола шлама.

В основу автоматического регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, положен принцип поддержания опреде­ ленного соотношения между частотой шума в зоне шламообразования и расходом воды, подаваемой в мельницу. Величину этого соот­ ношения принимают, исходя из необходимости обеспечить мини­ мальные колебания влажности шлама. Принятое соотношение под­ держивают автоматически электронным регулирующим прибором, на вход которого подается сигнал, пропорциональный уровню за­ грузки мельницы и плотности шлама в зоне шламообразования (под зоной шламообразования подразумевают ту часть длины мель­ ницы, где вся вода усвоена материалом и перемещение водяного потока относительно материала практически отсутствует). Сигнал пропорциональный расходу воды, также подается на вход регули­ рующего прибора. Электронный регулирующий прибор получает также и сигнал от системы автоматической коррекции, пропорцио­ нальный степени вязкости шлама. Указанная система коррекции автоматически изменяет расход воды при отклонении вязкости шла­ ма от заданной величины.

В схеме автоматического регулирования влажности шлама, выходящего из мельницы, использован промежуточный каскад регулирования расхода воды по частоте шума второй камеры. Мик­ рофон, установленный вблизи обечайки мельницы у зоны шламооб­ разования против середины второй камеры, воспринимает частоту шума в этой камере. В усилительно-преобразующем блоке э. д. с. микрофона усиливается и преобразуется в напряжение постоянного тока, которое подается на вход электронного автоматического по­ тенциометра. Потенциометр измеряет и регистрирует величину напряжения и косвенно загрузку второй камеры шламом, а также его вязкость. С реостатного преобразователя автоматического потен­ циометра сигнал поступает на вход электронного регулирующего прибора, управляющего исполнительным механизмом, который ус­ тановлен на кране трубопровода.

Измерителем расхода воды служит дифманометр. От него сигнал поступает на электронный регулирующий прибор, который и обес­ печивает стабилизацию расхода воды в заданном объеме. Исполни­ тельный механизм включается только тогда, когда величины регу­ лируемых параметров — расход воды или шум — в зоне шламооб-

234

разования выходят за пределы нечувствительности регулирующего прибора.

При изменении частоты шума в зоне шламообразования регуля­ тор автоматически изменяет расход подаваемой в мельницу воды. При стабильном давлении в трубопроводе и достаточно линейной характеристике крана обратную связь через расходомер заменяют жесткой обратной связью от исполнительного механизма, переме­ щающего кран. Если расход воды изменяется в результате измене­ ния давления в водопроводной магистрали, то регулятор восста­ навливает заданный расход воды.

При работе рассмотренного каскада регулирования в качестве •самостоятельного регулятора влажности необходимо периодически изменять его задания, поскольку происходит постоянный «уход» вязкости шлама от заданной величины. С этой целью в схеме пре­ дусмотрен каскад регулирования, состоящий из вискозиметра и ре­ гулирующего прибора прерывистого действия. Такой регулятор при большом запаздывании и плавном изменении регулируемой величины (что наблюдают при применении промежуточного каска­ да) позволяет улучшить динамическую характеристику регулирова­ ния.

В последние годы институт ВИАСМ проводит работы по созда­ нию усовершенствованной системы управления процессом мокрого помола сырья в мельницах при помощи УВМ. Для этой цели исполь­ зована УВМ «Днепр-1». Она позволяет вводить информацию от ре­ лейных частотных, а также аналоговых преобразователей, обла­ дающих унифицированным выходом 0—5 мА. В принятой схеме УВМ воздействуют на параметры настройки системы автоматиза­ ции, поддержания их оптимальными в соответствии с принятым ал­ горитмом управления. В связи с тем что с течением времени необ­ ходимо корректировать коэффициент передачи и задания системы регулирования из-за изменения свойств подаваемого материала, перегрузки мельницы, уменьшения во времени шаровой загрузки, с выходных устройств УВМ в систему регулирования подаются корректирующие сигналы.

Управляющее воздействие-для изменения коэффициента переда­ чи подается с аналогового выхода УВМ на вход автоматического самопишущего потенциометра с реостатным задатчиком. Напря­ жение прямого сигнала электроакустического преобразователя, за­ висящее от положения реостатного задатчика автоматического по­ тенциометра, суммируется с напряжением сигнала обратной связи по расходу регулируемого компонента (воды или материала) и с напряжением управляющего воздействия от УВМ по изменению задания. Суммарный сигнал поступает на вход регулируемого при­ бора. Основные преимущества этой схемы заключаются в том, что использована аппаратура, серийно выпускаемая промышленностью.

Автоматизация процесса помола сырья в трубной шаровой мель­ нице с гидроциклонами. Пластичные материалы после диспергиро­ вания в болтушках содержат 70—80% мелких фракций, не требую­

235

щих дополнительного измельчения в мельницах. Отделение готово­ го продукта от общей массы шлама позволяет сократить общую по­ требность в помольных агрегатах и интенсифицировать процесс помола. При этом расход электроэнергии на приготовление шлама сокращается почти на 50%. Для этого на ряде цементных заводов применяют сырьевые мельницы, работающие в комплекте с гидро­ циклонами (гидроклассификаторами).

Для регулирования загрузки мельниц используют электро­ акустический метод. По величине загрузки регулируют подачу шлама в гидроциклоны и добавок в мельницу.

Контролируя разрежение в гидроциклонах, можно контроли­ ровать также режим их работы, так как при увеличении или умень­ шении величины разрежения по сравнению с заданным значением нарушается отделение крупных кусков от мелких. Для контроля разрежения в гидроциклонах используют манометры, которые яв­ ляются бесшкальными преобразователями с электрическим унифи­ цированным выходным сигналом постоянного тока. Вторичным прибором является показывающий прибор, предназначенный для визуального контроля величины одного параметра. В качестве ре­ гулирующих используют приборы, которые могут работать с прибо­ рами, имеющими выходной сигнал унифицированных параметров.

Автоматизация процесса сухого помола сырья в трубной шаро­ вой мельнице. Для производства цемента сухим способом нужно подготовить сырьевую массу необходимой тонкости и минимальной влажности. Это достигается в мельницах, работающих по замкну­ тому циклу с,промежуточным отбором готовой фракции. В качестве устройства для промежуточного отбора в установке применяют сепаратор, который разделяет поступающую в него сырьевую смесь, Готовый материал, имеющий нужную тонкость, направляется в ем­ кость для хранения, а крупная фракция возвращается*в мельницу на домол через течку. Таким образом осуществляется замкнутый цикл помола. В отечественной промышленности применяют трубные шаровые мельницы размером 3,2 х 8,5 м с центробежными сепара­ торами.

Раздробленное сырье дозаторы (рис. ХШ.З) подают в сушиль­ ную камеру, где смесь разбрасывается лопастями и подсушивается потоком горячих газов, а затем измельчается мелющими шарами. Пройдя первую камеру, материал через разгрузочное устройство попадает в ковшовый элеватор, который подает его в два центробеж­ ных сепаратора для разделения на фракции. Мелкие частицы — готовый продукт — по аэрожелобу поступают в пневмонасосы, которые их транспортируют в силосы, а крупная фракция подается во вторую размольную камеру мельницы, заполненную мелющими телами — цильпебсом. После вторичного измельчения сырье вновь поступает в разгрузочное устройство и вместе с материалом, выхо­ дящим из первой камеры, поступает в сепараторы. Горячие газы, необходимые для сушки сырья, подают по газоходам из топки, уста­ новленной для этой цели в сырьевом отделении. После просасыва-

236

ния через мельницу газы очищаются в циклонах и электрофильт­ рах. Вся система подсушки и помола работает под разрежением.

Система автоматизации сухого помола сырья, разработанная институтом ВИАСМ, предназначена для автоматического управле­ ния процессом приготовления сырьевой муки в сырьевой сепаратор­ ной мельницы с целью достижения максимальной производитель­ ности агрегата при минимальном вмешательстве обслуживающего персонала в технологический процесс приготовления сырья.

Автоматическое регулирование загрузки производят при помо­ щи двухкаскадной системы: каскада регулирования загрузки пер­ вой камеры и каскада коррекции задания первого каскада по за­ грузке второй камеры (по току привода элеватора). Основное назначение второго каскада состоит в том, чтобы ограничить за­ грузку первой камеры, если загрузка второй камеры начинает пре­ вышать допустимую. Система включает регуляторы загрузки мель­ ницы огарками, известняком высокого и низкого титров. Регуляторы образуют каскад регулирования загрузки первой камеры, который должен обеспечить согласованность управления ножами тарельча­ тых питателей для сохранения задаваемых соотношений между рас­ ходами компонентов при суммарных изменениях подачи материала.

237

Сигнал, характеризующий загрузку и воспринимаемый микро­ фонным устройством, которое установлено в начале первой камеры мельницы, подается через усилительно-преобразующий блок на вход регулятора расхода огарков. Сюда же подается сигнал от индук­ тивного преобразователя расхода огарками, пропорциональный их расходу. Сигнал от этого преобразователя одновременно поступает на регуляторы загрузки известняком высокого и низкого титров. В схеме регулятор загрузки мельницы огарками в комплекте с испол­ нительным механизмом является ведущим, а регуляторы загрузки известняком высокого и низкого титров являются ведомыми. Соот­ ношение расхода огарков и расхода сырья поддерживается постоян­ ным. Это соотношение фактически изменяется очень редко. Соот­ ношение же расхода известняков обычно меняется в течение смены не менее трех-четырех раз.

Каскад коррекции работает следующим образом: при постоянном уровне загрузки первой камеры режим работы второй камеры мо­ жет быть различным. Важно не допустить перегрузку второй каме­ ры. Для этого корректируют задание загрузки первой камеры при

нагрузки привода элеватора является трансформатор тока, уста­

на выпрямляющую и демпферующую приставку, а затем на вход регулятора коррекции. С регулятора сигнал поступает на испол­ нительный механизм. При отклонении величины тока от заданно­ го значения регулятор коррекции непосредственно через исполни­ тельный механизм автоматически изменяет задание регулятору загрузки огарками и, следовательно, соответствующим образом изменяет уровень загрузки первой камеры.

На клеммы регулятора загрузки огарков с клемм усилительнопреобразующего блока подается сигнал постоянного тока, пропор­ циональный частоте шума первой камеры мельницы, а также сиг­ нал от индуктивного преобразователя исполнительного механиз­ ма, пропорциональный положению ножа тарельчатого питателя. Сигнал подключается через переменное сопротивление, распо­ ложенное в исполнительном механизме. На клеммы регулятора за­ грузки известняка высокого титра поступает сигнал от индукци онного преобразователя, установленного на исполнительном ме­ ханизме регулятора загрузки огарков, а также от индуктивного преобразователя исполнительного механизма. На клеммы регуля­ тора загрузки известняка низкого титра подается сигнал перемен­ ного тока, снимаемый с регулятора загрузки известняком высокого титра, и сигнал с индуктивного преобразователя исполнительного механизма, пропорциональный положению ножа питателя извест­ няком низкого титра. Регулятор коррекции вводит коррекцию в зависимости от нагрузки электропривода элеватора. Сигнал постоянного тока, пропорциональный нагрузке элеватора, пода-

238

ется на регулирующий прибор. Сюда же поступает сигнал от ис­ полнительного механизма.

При одновременной сушке и помоле сырья в мельничном агре­ гате контролируют следующие параметры: температуру сушиль­ ного агента на входе в мельницу, загрузку первой камеры; нагруз­ ку (ток) электропривода элеватора, расход известняка высокого титра, расход известняка низкого титра, расход огарков. Преоб­ разователи расположены непосредственно в местах измерения тех­ нологических параметров. Температуру сушильного агента на на входе мельницы измеряют термопарой. Загрузку первой камеры определяют по частоте шума, которая измеряется электроакус­ тическим устройством как и при определении степени загрузки сырьевой мельницы для мокрого помола сырья. Контроль степени загрузки второй камеры осуществляется по нагрузке элеватора. Сигнал снимается со вторичной обмотки измерительного транс­ форматора тока, подключенного к одной из фаз электродвигателя элеватора, и при помощи измерительно-преобразующей^іриставки преобразуется в сигнал постоянного тока, который используется для записи контролируемого параметра на диаграмме потенцио­ метра.

Расход известняка и огарков определяют при помощи индук­ ционных преобразователей. Преобразованный сигнал подается для записи параметра на диаграмме. Запись контролируемых па­ раметров позволяет судить об изменениях технологических пара­ метров и состоянии агрегата.

В схеме предусмотрено дистанционное управление расходом всех компонентов. Ключи управления и указатели положения расположены на пульте управления, исполнительные механизмы сочленены с соответствующими регулирующими органами, магнит­ ные пускатели установлены в шкафу управления. При применении ленточных весовых дозаторов для подачи известняка на них уста­ навливают исполнительные механизмы.

В системе предусмотрена сигнализация работы электродвига­ телей питателя огарков, питателя известняка высокого титра, питателя известняка низкого титра, элеватора. Предусмотрена также сигнализация перегрузки элеватора и положения ножа тарельчатого питателя огарков. При нормальной работе агре­ гата сигнальные лампы горят ровным светом. При возникновении аварийного состояния включается звуковой сигнал и начинает мигать соответствующая лампа.

Для обеспечения нормальной работы установки необходимо соблюдать следующие требования: своевременно загружать мель­ ницу мелющими телами: размер кусков сырья не должен превы­ шать 30 мм; средняя влажность сырья не должна превышать 7%; все сырьевые компоненты следует подавать самостоятельными питателями; температура сушильного агента перед входом в мель­ ницу не должна быть ниже 350° С.

239