1. 1 Описание схемотехнического решения

1.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования сыпучих материалов

Функциональная схема автоматического расхода сыпучих материалов приведена на рисунке 1. В схеме предусмотрен контроль за расходом сыпучих материалов с помощью ЭВМ. Измерение количества цемента и воды осуществляется дозатором цемента и дозатором воды. Совершив дозировку цемента и воды, исходные данные поступают в смеситель. Работа смесителя осуществляется за счет электропривода, на который поступает сигнал с пульта управления.

Электропривод

Дозатор

цемента

Пульт управления

Смеситель

Дозатор

воды

Рисунок 1-Функциональная схема САР сыпучих материалов

1.2 Выбор элементов системы автоматического контроля расхода сыпучих материалов

1.2.1 В ы б о р д о з а т о р а ц е м е н т а. Выбираем дозатор цемента ДБЦ-630, состоящего из рамы, двух питателей, рычажного механизма, грузоприёмочного устройства, циферблатного указателя и подставки.

Для компоновки продольные оси питателей смещены относительно продольной оси дозатора при сохранении расположения выпускных воронок на одной оси на расстоянии 2000 мм.

Запаса материала в питателе достаточно для досыпки, а переключение двигателя на меньшее число оборотов и уменьшает заполнения при перекрытии затвора обеспечивают снижение производительности для достижения необходимой точности. Придел дозирования 200-630 кг, цикл дозирования 45 с, часовая производительность 80циклов/час, максимальный объём 60 [1].

П ередаточная функция дозатора цемента имеет вид:

где Vmax =60 л – максимальный объём готового продозируемого цемента

Umax=220В – максимальное входное напряжение

П одставляем известные коэффициенты в формулу (1), получаем передаточную функцию дозатора цемента имеющую вид:

1.2.2 В ы б о р д о з а т о р а в о д ы. Выбираем дозатор воды типа ДБЖ-400 состоит из каркаса, 3-х мембранных клапанов, рычажного механизма, грузоприёмочного устройства, циферблатного указателя, сливной воронки.

Грузоприёмочное устройство выполнено в виде цилиндро-конического ковша, подвешенных на четырёх тягах к рычажному механизму и снабжённого выпускным затвором, управляемым пневмоцилиндром.

Достоинством ДБЖ-400 является низкая погрешность от 0,1% до 2-3%, при изменении приделов производительности основные параметры (точность, давление) сохраняют своё значение. Придел дозирования 80-400кг, цикл дозирования 30с, часовая производительность 120цикл/час. [4,стр.376],[1,стр.260].

Э тот дозатор полностью подходит для САР сыпучих сред.

Где Umax =220В - максимальное входное напряжение

Vmax =40л – максимальный объём продозируемой воды

П одставляем известные коэфициены в формулу (3) получим передаточную функцию дозатора воды, имеющую вид:

1.2.3 В ы б о р э л е к т р о п р и в о д а. Перемешивающее устройства приводятся во вращение от электродвигателя через стандартные редукторы для снижения частоты вращения валов перемешивающих устройств до требуемых.

Выбираем двигатель серии 4АС, работающие в проточно-кратковременном режиме – 4АС100S4УЗ [3, стр 247].

Технические характеристики двигателя:

T = 0.01сек- постоянная времени;

U =220В – напряжение питания;

ω =20об/мин – несущая частота, или ω =1200об/сек;

φ =0 – сдвиг фаз между управляющем напряжением и напряжением питания.

Подставляем известные коэффициенты в формулу (5), получаем передаточную функцию электропривода:

1.2.4 В ы б о р с м е с и т е л я б е т о н а. Выбираем бетоносмеситель стационарный цикличный СБ-93. Смеситель ёмкостью от1м² до 20м² обычно обогреваются и снабжены мешалками.

Оптимальное перемешивание достигается при помощи пропеллерных мешалок, обеспечивающих небольшую интенсивность перемешивания.

Производим выбор аппарата с механическим перемешивающим устройством по ГОСТ 20680-75 [3,стр187]. ГОСТ распространяется на аппараты для проведения физико-химических процессов с ρ=2000кг/м², μ=500Па·с при температуре от –40 до 350 С, объёмами V=0,1-100м²

Выбранный стационарный цикличный бетоносмеситель СБ-93 полностью подходит под имеющиеся характеристики.

Для получения передаточной функции необходимо порвести линеаризацию.

Входными переменными смесителя являются расход и концентрация цемента и воды F_1,Q₁ и F₂,Q₂, а выходной концентрация, при чём Q₁>Q>Q₂

Для нахождения уравнения динамики смесителя составим полный материальный баланс, а так же материальный баланс с учётом концентрации вещества в каждом потоке за промежуток времени dt.

F₁+F₂=F

F₁Q₁dt+ F₂Q₂dt=VdQ+FQdt

Преобразуем уравнение (8) с учётом формулы (7)

VdQ/dt+(F₁+F₂)Q= F₁Q₁+ F₂Q₂

Линеаризуем уравнение (9), заменив каждую переменную на сумму базисного значения и приращения. Получим

VdΔQ/dt+F₁₀Q₀+ F₁₀ΔQ+Q₀ΔF₁+F₂₀Q₀+F₂₀ΔQ+ Q₀ΔF₂=

= F₁₀Q₁₀+ F₁₀ΔQ₁+ Q₁₀ΔF₁+ F₂₁Q₂₁+ F₂₁ΔQ₂+ Q₂₁ΔF₂

Уравнение смесителя при равновесном состоянии имеет вид:

F₁₀Q₀+ F₂₀Q₀= F₁₀Q₁₀ + F₂₀Q₂₀ ( )

Вычтем почленно уравнение (11) из уравнения (10), одновременно учитывая, что F₁₀+F₂₀=F₀, и получим уравнение смесителя в приращениях:

VdΔQ/dt+ F₀ΔQ= F₁₀ΔQ₁+ F₂₀ΔQ₂+ ΔF₁(Q₁₀-Q₀)- ΔF₂(Q₀-Q₂₀)

Введём:

Y= ΔQ/ Q₀; Z₁= ΔQ₁/ Q₁₀; Z₂= ΔQ₂/ Q₂₀; X₁= ΔF₁/ F₁₀; X₂= ΔF₂/ F₂₀

Проведя математические преобразования, получим,

T₀dy/dt+y=k₁z₁+k₂z₂+k₃x₁-k₄x₂

г де

коэффициенты усиления по каналам

Q₁-Q, Q₂-Q, F₁-Q, F₂-Q соответственно, а постоянная времени объекта

П ередаточная функция объекта по его каналам описывается равенством:

Общая передаточная функция:

где

П одставим в (12) следующие исходные данные:

V =1м³ – общий объём приготавливаемого раствора;

Q₀ =1 – концентрация раствора;

Q₁₀ =0,6 – концентрация цемента;

Q₂₀ =0,4 – концентрация воды;

F₀ =0,0777м³/с – расход раствора;

F₁₀ =0,0555м³/с – расход цемента;

F₂₀ =0,0222м³/с – расход воды;

Получим:

П росчитав все коэффициенты получаем конечную передаточную функцию смесителя бетона:

1.2.5 В ы б о р Э В М. Выбираем микро ЭВМ СМ1810. Данный микро ЭВМ СМ 1810 выбран в связи с возможностью ЦПЭ организовать параллельную обработку данных. Так же выбор данного ЭВМ 1810 связан с тем, что себестоимость ЭВМ в системе автоматического контроля расхода сыпучих материалов составляет большую часть себестоимости всей системы. Микро ЭВМ СМ 1810 в виду своей простоты, имеет низкую себестоимость и позволяет снизить себестоимость всей системы.

Параметры СМ 1810

1. Производительность	10-50опер/сек
2. Разрядность обрабатываемых данных	4бит
3. Разрядность команд	8бит
4. Объем внутреннего ОЗУ	64х4бит
5. Напряжение питания	-9±0,9В
6. Диапазон рабочей температуры	-10….+70С
7. Дискретность	32·10-6с
8. Мощность потребления	70 мВт

Передаточная функция звена имеет вид:

W_mpk(p) = 1