2. Выбор и обоснование технических средств автоматизации

Характерная особенность сушки - неравномерность процесса и, как следствие, возможность образования трещин в изделиях. Неравномерность сушки объясняется колебаниями первоначальной массы свежесформированного сырца, разными условиями тепло- и массообмена для сырца, находящегося в различных местах вагонетки, однако чем больше скорость теплоносителя, тем меньше неравномерность сушки. Наиболее серьезным препятствием для быстрой сушки является образование трещин в керамических изделиях из-за развития объемно-напряженного состояния высушиваемого материала выше предельно допустимого, обусловленного прочностью ма­териала.

К процессу сушки керамических изделий предъявляют определенные требования:

1. конечное влагосодержание изделий не должно пре­вышать значения, заданного технологией обжига;

2. интенсивность сушки в любом сечении изделия не должно превышать максимально допустимого значения, определяемого критерием трещинообразования.

В промышленных конвективных сушильных уста­новках количество затраченной теплоты и испаренной влаги полностью определяется при постоянной темпе­ратуре и влагосодержании загружаемых изделий раз­ностью температур, разностью влагосодержании отрабо­танного и подаваемого в сушку теплоносителя и его расходом. Наибольший процент выхода бездефектных изделий соответствует такому режиму сушки, при котором поддерживаются постоянными разность влагосодержании и разность температур в начале и конце сушилки при стабилизации расхода теплоносителя, причем значе­ния этих разностей и расхода устанавливаются для каждого вида изделий технологическими требованиями, изложенными выше.

Комплексная автоматизация сушильной установки предусматривает, во-первых, автоматизацию ее вспомога­тельного оборудования и, во-вторых, автоматическое регулирование режима сушки. Последняя задача наибо­лее сложная и важная.

Автоматическое регулирование режимов сушки можно осуществить автоматическим регулированием параметров высушиваемого материала и параметров теплоносителя.

При использовании системы автоматического регули­рования (САР) параметров высушиваемого материала возникают трудности, связанные с автоматическим из­мерением влажности отдельных изделий из-за отсутствия соответствующих измерительных преобразователей. По­этому рекомендуется метод регулирования режима сушки по параметрам теплоносителя, достаточно полно характе­ризующий состояние высушиваемого материала. Для этого в настоящее время осуществляют стабилизацию тем­пературы теплоносителя, разности температур теплоно­сителя в начале и конце сушилки, разности температур сухого и мокрого термометров в зоне усадки изделий и др. Однако эти способы регулирования, стабилизирующие один или два параметра теплоносителя, не обеспечивают технологических требований, необходимых при сушке изделий, склонных к образованию трещин, короблению и искажению геометрической формы. Разра­ботан принципиально новый способ автоматического ре­гулирования сушки подобных изделий, который пре­дусматривает стабилизацию трех параметров теплоноси­теля (разностей температур и влагосодержаний на входе и выходе из сушилки и постоянство расхода теплоно­сителя), а также синтез САР для реализации этого способа.

Установка, предназначенная для сушки керамических строительных материалов, состоит из сушильного туннеля и смесителя с калорифером. В уста­новке осуществлен принцип противотока (материал движется навстречу теплоносителю) с рециркуляцией теплоносителя. Теплоноситель представляет собой смесь воздуха, поступающего из атмосферы, с рециркулятом. Рециркуляция теплоносителя дает возможность повысить его влагосодержание, увеличить равномерность сушки, регулировать влагосодержание теплоносителя в объекте.

Сушилка имеет три кабины, соединенные с туннелем дверными проемами, через которые можно наблюдать за изменением параметров теплоносителя и материала в процессе сушки. Теплоноситель нагревается в смеси­теле, к которому примыкает смеситель - калорифер. Клапан К2 — расход воздуха из ат­мосферы (из цеха). Клапан К1 служит для регулирования расхода пара в калорифере, клапан К3 — для регулирования расхода рециркулята.

Как объект автоматического контроля процесс сушки характеризуется следующими параметрами:

• К входным параметрам исследуемого объекта — сушилки относятся приращения температуры Т_1мат и влагосодержание М_1мат материала на входе в сушилку, входной температуры Т_1тн и входного влагосодержания теплоносителя М_1тн , расхода теплоносителя Q_тн и потерь теплоты ∆Q.

• Возмущающими воздействиями являются приращения температуры Т_в и влагосодержания М_в атмосферного воздуха, давления пара перед калорифером P_п .

• К выходным параметрам сушилки относятся приращения температуры Т_2мат и влагосодержания М_2мат материала на выходе из сушилки, температуры Т_2тн и влагосодержания М_2тн теплоносителя на выходе из сушилки.

Структура параметров процесса сушки:

Выше мы рассмотрели основные параметры процесса сушки, которые используются при разработке систем автоматизации процесса сушки.

В целом автоматизация сушильной установки включает в себя автоматизацию оборудования установки, содержащего транспортные устройства, электроприводы, вспомогательные устройства, автоматическое управление режимом сушки и подготовки сушильного агента.

Автоматизация должна обеспечивать максимальную интенсивность процесса путем повышения производительности за счет уменьшения длительности сушки и максимальную экономичность процесса за счет повышения энергетического коэффициента полезного действия, т.е. снижения удельного расхода тепла на единицу веса удаляемой влаги.

Эти общие положения в значительной степени обязательны при автоматизации и других тепловых процессов предприятий стройиндустрии. При этом чрезвычайно важен во всех случаях грамотный обоснованный выбор датчиков технологических параметров, на основе информации от которых проектируются автоматизированные системы контроля технологическими процессами, являющиеся, в свою очередь, основой построения АСУ ТП.

Следует отметить, что процесс сушки осуществляется для изменения влажности в различных телах.

Между входными и выходными параметрами существуют внутренние статические и динамические связи, вид которых определяется соответствующими статическими и динамическими характеристиками. Было получено математическое описание туннельной сушилки как объекта автоматического регулирования. В результате решения систем уравнений на ЭЦВМ определены и исследованы статические и динамические свойства туннельной сушилки по основным каналам регулирования. Проведенные исследования позволили синтезировать систему автоматического регулирования процесса сушки с использованием стандартных регуляторов.

Первый контур САР стабилизирует заданную разность температур теплоносителя на входе и выходе из сушилки изменением подачи пара в калорифер посредством клапана К1, в котором теплоноситель подогревается. Второй контур САР для стабилизации расхода теплоносителя поддерживает постоянный перепад давления в начале и в конце сушилки посредством клапана К2. Третий контур стабилизирует заданную разность влагосодержания теплоносителя до и после объекта сушки изменением влагосодержания подаваемого в сушку теплоносителя путем изменения кратности рециркуляции отработанного теплоносителя посредством клапана К3.

Рис.2 Функциональная схема АСК сушки кирпича

Температура измеряется термопреобразователями сопротивления ТСХХ5-100М (1a и 1б), а влагосодержание — автоматическими влагомерами ИВА-6А (За и 3б). Далее первичные преобразователи напрямую подключены к универсальным двухканальным измерителям – регуляторам ТРМ 202 (1в и 3в), способным работать со следующими величинами: температура, влажность и давление. Расход теплоносителя контролируется с помощью диафрагм с двумя парами отборов ДКБ-150 (2а и 2б), перепады давления с которых поступают на дифманометры ДМ-23573 (2д и 2г), откуда передаются на измеритель – регулятор прибор КСД-3-1000 (2в).

Измерители – регуляторы ТРМ 202 функционально могут выполнять различные операции над регулируемыми величинами: поддерживать нужные значения величин, значение разницы величин или поддерживать величины на одном уровне. В случае отклонения параметров от заданных величин регулятор через реверсивный магнитный пускатель управляет исполнительным механизмом, сочлененным с регули­рующим клапаном.

Для поддержания постоянного давления пара на паропроводе перед регулирующим клапаном установлен регулятор 4а прямого действия УРРД-2-132 («после себя»).

В свою очередь работа регуляторов (контроллеров), расположенных на щите управления, контролируется и корректируется при необходимости ЭВМ, установленной на пульте управления.