МОЯ КУРСОВАЯ / zapiska
.pdf
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования Санкт-Петербургский Государственный Технологический Университет
Растительных Полимеров
Кафедра автоматизации технологических процессов и производств
Факультет
Курс Группа 7-638
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту по дисциплине «Технические средства автоматизации и управления»
на тему
«Техническая реализация АСР уровня в бункере щепы»
Студент: Пядинова Д.Д.
Научный руководитель:
Санкт-Петербург
2014
Оглавление
Введение..................................................................................................................... |
3 |
|
Реферат ....................................................................................................................... |
4 |
|
1. |
Описание объекта управления ............................................................................. |
5 |
|
1.1 Описание технологии и характеристик технологического оборудования |
|
|
.............................................................................................................................. |
5 |
2. |
Разработка требований к АСР.............................................................................. |
7 |
|
2.1 Разработка требований к качеству управления и функциям АСР .......... |
7 |
3. |
Разработка структурной схемы АСР ................................................................... |
8 |
|
3.1 Разработка и описание структурной схемы............................................... |
8 |
4. |
Разработка технической структуры АСР............................................................ |
9 |
|
4.1 Разработка и описание технической структуры АСР.............................. |
9 |
5. |
Выбор структуры регулятора............................................................................. |
11 |
|
5.1 Обоснование и выбор структуры регулятора......................................... |
11 |
6. |
Конфигурирование контроллера ....................................................................... |
14 |
|
6.1 Выбор и описание принципа действия алгоритмов контроллера ........ |
14 |
7. |
Разработка функциональной схемы регулятора .............................................. |
16 |
|
7.1 Описание функциональной схемы регулятора ...................................... |
16 |
8. |
Организация внешних соединений АСР.......................................................... |
17 |
|
8.1 Разработка и описание схемы внешних соединений АСР .................... |
17 |
Список используемых источников ........................................................................ |
18 |
|
Приложение A |
|
|
Приложение Б |
|
|
Приложение В |
|
|
Приложение Г |
|
|
2
Введение
Технологическая щепа — это размельченная древесина, имеющая определенные размеры частиц. Небольшие объемы щепы часто хранят в бункерах и бункерных галереях (закрытых складах), используемых для погрузки щепы в автомобильный транспорт и вагоны. Бункер и бункерные галереи являются буферными емкостями с небольшим сроком хранения. Обычно хранение до 5-7 дней не сказывается на потере щепой каких-либо
эксплуатационных качеств.
Бункера большой емкости изготовляют обычно из железобетона, бункера средней емкости представляют собой каркасы из полосового или уголкового железа, обшитые листовым железом. Основное требование, предъявляемое к бункерам - обеспечить равномерную выдачу сыпучих отходов.
Для заводского и межзаводского транспортирования щепы и ее погрузки часто применяют механические транспортеры (ленточные, скребковые, шнековые и др.). Ленточные транспортеры используются также при хранении в галереях для распределения щепы по бункерам с помощью стационарных плужковых сбрасывателей. При хранении в закрытой наземной емкости (шатре или силосе) щепа подается на погрузку ленточными или скребковыми конвейерами.
Вкурсовой проект входят следующие документы:
Техническая структура АСР;
Функциональная схема регулятора;
Схема внешних соединений АСР.
Спецификация ТСА.
Пояснительная записка содержит описание технологического процесса как объекта автоматического управления и основные решения по структуре процесса, их обоснование, а также комментарии к графическому материалу.
3
Реферат
Объектом управления является бункер щепы и ленточный конвейер, который служит для подачи щепы в бункер.
Целью работы является техническая реализация АСР уровня в бункере щепы.
4
1.Описание объекта управления
1.1Описание технологии и характеристик технологического
оборудования
Объект управления – бункер щепы и ленточный конвейер.
Назначение:
Ленточный конвейер предназначен для подачи щепы в бункер. Бункер предназначен для создания буферных запасов щепы и непрерывной дозированной ее выдачи в последующий технологический процесс.
Рисунок 1 - Технологическая схема объекта управления, где ЛК – ленточный конвейер, ЭД - электродвигатель
Устройство:
Ленточный конвейер состоит из следующих основных узлов: тягового элемента (ленты), совмещающего функции несущего (рабочего) элемента; опорных устройств в виде стационарных роликовых опор или жесткого настила; приводного устройства, состоящего из электродвигателя, передаточного механизма и приводного барабана; натяжного устройства (винтового или грузового); загрузочных и разгрузочных устройств и станины, на которой крепят все узлы конвейера.
Бункер представляет собой сварную цилиндрическую ёмкость из листового железа толщиной 10-12 мм, заканчивающуюся внизу усеченным конусом.
Принцип действия:
Лента приводится в движение от приводного барабана, связанного через передаточный механизм с электродвигателем. Движение ленты
5
осуществляется за счет силы трения между приводным барабаном и лентой, которая возникает при обеспечении достаточного предварительного натяжения тягового элемента. Роликовые опоры, приводное и натяжное устройства крепят к станине, изготовленной из стального профиля (уголок, швеллер).
С ленточного конвейера щепа поступает в приемный бункер щепы, в котором щепа пропаривается парами вскипания. Пропарка щепы предназначена для удаления воздуха из нее и для ее подогрева и увлажнения. Для контроля процесса подачи щепы используется автоматическая система контроля (АСК) уровня щепы в загрузочном бункере питателя низкого давления (поз. 1).
Контроль степени заполнения бункера осуществляется установкой датчика уровня, что позволяет автоматически отключать двигатель загрузочного конвейера при переполнении бункера и двигатель конвейера, на который производится разгрузка, при отсутствии материала в бункере. Бункер имеет блокировки по нижнему и верхнему уровням. Блокировка по верхнему уровню останавливает подачу щепы из цехов приготовления щепы и защищает бункер и транспортеры тракта подачи щепы от «пересыпов» и поломки. Блокировка по нижнему уровню останавливает дозатор щепы и предотвращает попадание серосодержащих газов из пропарочной камеры в помещения варочного цеха.
Технические характеристики:
Ленточный конвейер:
Производительность, т/ч |
от 5 |
до 430 |
Длина транспортирования, м |
от 5 |
до 125 |
Ширина ленты, мм |
от 500 до 1400 |
|
Скорость ленты, м/с |
от 0,5 до 3 |
|
Мощность двигателя, кВт |
от 3 |
до 75 |
Бункер:
Объем, м3 |
от 300 до 2000 |
6
2.Разработка требований к АСР
2.1Разработка требований к качеству управления и функциям АСР
Основное требование к системе управления - поддержание заданного диапазона уровня щепы в загрузочном бункере.
Также система должна обеспечивать:
-вывод на экран текущего значения уровня щепы, оборотов ленточного конвейера, состояния электродвигателя (включен/отключен);
-регистрация, хранение данных об изменениях параметра по времени;
-автоматическое регулирование;
-ручное управление исполнительным механизмом;
-все необходимые данные при авариях, потере питания должны сохраняться на информационные носители;
-средняя наработка на отказ технических средств АСР должна быть не менее 50 000 часов.
7
3.Разработка структурной схемы АСР
3.1Разработка и описание структурной схемы
Автоматическая система контроля сводится к защите от переполнения приемного бункера. Автоматическая система регулирования (АСР) выполняет поддержание данного параметра технологического процесса в диапазоне заданных значений.
Рисунок 2 - Структурная схема АСР, где
L – параметр уровня щепы в бункере;
LT, LЗ – текущее и заданное значение параметра уровня;
Д1 – датчик уровня, OPTIWAVE 6300C;
РУ1, РУ2 – регулирующее устройство (контроллер Ремиконт Р130); Lзд – задатчик уровня (контроллер Ремиконт Р130);
БРУ – блок ручного управления; ЧРП – частотно-регулируемый преобразователь; ЭД – электродвигатель.
Описание структурной схемы АСР
Объект управления воздействует на датчик уровня (Д1), датчик тем самым передает сигнал на регулирующее устройство (РУ2), имеющий второй вход, куда подаётся заданное значение уровня (Lзд). В регуляторе сравниваются два воздействия. Образуется разностная величина, которая с помощью блока
8
ручного управления (БРУ) и частотно-регулируемого преобразователя (ЧРП) воздействует на исполнительный механизм, (ЭД) ленточного конвейера. Исполнительный механизм через регулирующий орган воздействует снова на объект, тем самым, изменяя регулируемый параметр.
4.Разработка технической структуры АСР
4.1Разработка и описание технической структуры АСР
Технические средства автоматизации (ТСА) выбираются по следующим показателям.
1.Требуемая точность измерения параметра.
2.Характеристики измеряемо среды.
3.Область применения и рекомендации производителя.
4.Стоимость ТСА.
Основной принцип выбора средств автоматизации заключается в следующем: точность измерительного средства должна быть достаточно высокой по сравнению с требуемой точностью измерения параметра, а трудоемкость измерения и стоимость должны быть, возможно, более низкими.
Выбор технических средств разрабатываемой САУ
Выбор уровнемера
В качестве уровнемера щепы в бункере используем бесконтактный радарный уровнемер (FMCW) для сыпучих веществ OPTIWAVE 6300C. Излучаемый сигнал отражается от поверхности измеряемого продукта и с небольшой задержкой принимается антенной. Выходной сигнал 4-20мА, диапазон измерения до 80 м, стандартный класс точности ±10 м.
Выбор частотного преобразователя
Частотные преобразователи служат для плавного регулирования скорости асинхронного двигателя за счет создания на выходе преобразователя трехфазного напряжения переменной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление.
Принцип работы частотного преобразователя или как его часто называют - инвертора: переменное напряжение промышленной сети выпрямляется блоком выпрямительных диодов и фильтруется батареей конденсаторов большой емкости для минимизации пульсаций полученного напряжения. Это напряжение подается на мостовую схему, включающую шесть управляемых IGBT или MOSFET транзисторов с диодами, включенными анти параллельно для защиты транзисторов от пробоя напряжением обратной полярности, возникающей при работе с обмотками двигателя. Кроме того, в схему иногда включают цепь "слива" энергии - транзистор с резистором большой мощности рассеивания. Эту схему
9
используют в режиме торможения, чтобы гасить генерируемое напряжение двигателем и обезопасить конденсаторы от перезарядки и выхода из строя Используя специальный алгоритм управления - открывая и закрывая перекрестные пары транзисторов формируют направление и ШИМ напряжение в фазах двигателя и создают необходимую величину и форму тока в фазных обмотках при разных частотах вращения поля.
Преобразователь частоты ABB ACS800 предназначены для использования в промышленности. Номенклатура полнофункциональных преобразователей частоты ABB ACS800 и их модулей охватывает широкий диапазон мощностей от 0,55 – 5600 кВт и напряжений 220 – 690 В.
“Сердцем” привода ABB ACS800 является алгоритм управления двигателем DTC (Direct Torque Control) – прямое управление моментом, который обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики и дает существенные преимущества: точное статическое и динамическое управление скоростью и крутящим моментом, большой пусковой момент и возможность использования длинных кабелей двигателя (до нескольких километров).
Техническая структура разрабатываемой АСР приведена в Приложении А.
Таблица 1. Краткие технические характеристики частотного |
||
преобразователя ABB ACS800. |
|
|
|
|
|
Номинальная мощность |
75kW |
|
двигателя |
||
|
||
Диапазон выходной частоты |
0-300 Hz |
|
|
|
|
Номинальный ток |
202 A |
|
|
|
|
Точность задания частоты |
±0.2% от максимальной |
|
частоты |
||
|
||
Аналоговое управление |
Есть, 4-20 мА |
|
заданием тока двигателя |
||
|
||
Обратная связь по току |
Есть, 4-20 мА |
|
двигателя |
||
|
||
Частота шим |
0,7-14,5 кHz |
|
|
|
|
Напряжение питающей сети |
380-480 V |
|
|
|
|
Задание тока двигателя мельницы будем заводить в частотный преобразователь через аналоговый вход (0 (4) – 20 мА).
Выбор блока ручного управления
Блок ручного управления (БРУ-32) предназначен для переключения режимов управления на ручной и обратно, для световой индикации режимов управления исполнительными устройствами, для определения положения
10