• 2 Датчика температуры

• регулятор влажности

• исполнительный механизм с ОС

• рабочий орган с ОС [1]

Датчики температуры

В качестве датчиков температуры были выбраны медные термопреобразователи сопротивления.

Термопреобразователи предназначены для непрерывного измерения температуры различных рабочих сред (пар, газ, вода, сыпучие материалы, химические реагенты и т. п.), не агрессивных к материалу корпуса датчика.

Принцип работы термопреобразователей сопротивления ТСМ, ТСП, Pt100 основан на зависимости электрического сопротивления металлов от температуры. Термопреобразователи выполняют в виде катушки из тонкой медной или платиновой проволоки на каркасе из изоляционного материала, заключенной в защитную гильзу.

Термопреобразователи сопротивления характеризуются двумя параметрами:

R0 — сопротивление датчика при 0 °С; W100 — отношение сопротивления датчика при 100 °С к его сопротивлению при 0 °С.

Для подключения термопреобразователей сопротивления к регуляторам используется трехпроводная схема, которая позволяет уменьшить погрешность измерения, возникающую при изменении сопротивления проводов (например, при изменении их температуры). К одному из выводов терморезистора Rt подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу Rt. При этом необходимо соблюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Подобрана модель ТС 044 – 50М. В3. 35/3, что означает:

Количество чувствительных элементов:1

Конструктивное исполнение датчика (модель): датчики с кабельным выводом

Номинальная статическая характеристика (НСХ): 50 Ом, медный

Класс допуска: В

Схема внутренних соединений проводников: 3 — трехпроводная (стандарт)

Длина погружаемой части L, мм: 35;

Длина кабельного вывода l , м: 3м.

Рабочий диапазон измеряемых температур: –50…+150 °С

Допустимые отклонения : ±(0,25 °С + 0,0035T)

Условное давление 10 МПа

Величина рабочего тока, не более 5 мА

Показатель тепловой инерции, не более 30 с

Материал защитной арматуры сталь 12Х18Н10Т (мод. 054–194) [1]

Стоимость датчика составляет 700–1000 рублей.

Регулятор влажности

В качестве регулятора влажности был выбран измеритель-регулятор температуры и влажности– МПР51 Щ4.01 – для работы с термопреобразователями сопротивления 50 Ом.

Программируемый измеритель-регулятор типа МПР51-Щ4 предназначен для управления многоступенчатыми температурно-влажностными режимами технологических процессов при производстве мясных и колбасных изделий, в хлебопекарной промышленности, изготовлении железобетонных конструкций, сушке древесины, в климатических камерах и цементном производстве по заданной пользователем программе.

Прибор МПР51-Щ4 позволяет:

• измерять шесть параметров: температуру камеры («сухого» термометра) Т_сух; температуру «влажного» термометра Т_влаж; температуру продукта Т_прод, влажность, положения двух задвижек;

• вычислять два дополнительных параметра: разность температур Т=∆_сух – Т_прод; влажность – психрометрическим методом (по показаниям «сухого» и «влажного» термометров);

• регулировать температуру по двум независимым каналам (не только газовой, но и жидкой, и твердотельной среды);

• задавать программу регулирования с различными уровнями защиты для разных групп специалистов;

• сигнализировать об обрыве или коротком замыкании в линии «прибор – датчик».

• регистрировать контролируемые параметры на ЭВМ. Стоимость регулятора составляет 6200 – 6700 рублей.

Габаритный чертеж

Схема подключения прибора

Рис. Б. 3. Вид прибора сзади

Измерение температуры:

Температура измеряется с помощью термопреобразователей сопротивления. Это могут быть медные датчики ТСМ 50М (R0 = 50 Ом), ТСМ 100М (R0 = 100 Ом) и платиновые датчики ТСП 50П (R0 = 50 Ом), ТСП 100П (R0 = 100 Ом).

Определение положения задвижки с помощью резистивного датчика: Сопротивление датчика должно находиться в пределах от 100 до 1000 Ом; при больших значениях сопротивления помехоустойчивость прибора будет снижаться. Положение задвижки отображается на индикаторе «ПАРАМЕТР» в процентах: закрытому состоянию задвижки соответствует показание 0 %, открытому – 100 %.

Регулятор – это устройство, осуществляющее регулирование определённой величины, т.е. поддержание этой величины равной установке или управление изменением этой величины. Регулятор может осуществлять любой из указанных ниже законов регулирования, в зависимости от свойств управляемого объекта:

пропорционально – интегрально – дифференциальный (ПИД) закон;

пропорциональный (П) закон;

пропорционально-интегральный (ПИ) закон;

пропорционально-дифференциальный (ПД) закон;

релейный (Т) закон.

В расчётной части курсовой работы осуществляется подбор закона регулирования и его параметров, откуда известно, что регулятор будет реализовывать ПИ – закон.

Пропорционально – интегральное регулирование (ПИ – закон)

При работе прибора в режиме ПИ – регулятора величина выходного сигнала Yi зависит как от величины рассогласования E, так и от суммы предыдущих рассогласований:

где X_p — полоса пропорциональности; E_i — отклонение; и — постоянная времени интегрирования; — накопленная в i_й момент времени сумма рассогласований (интегральная сумма).

Из рисунка видно, что в первый момент времени, когда нет отклонения ( E_i = 0), нет и выходного сигнала (Y_i = 0). С появлением отклонения E_i появляются импульсы, длительность которых постепенно увеличивается. В импульсах присутствует пропорциональная составляющая, которая зависит от величины E (не заштрихованная часть импульсов) и интегральная составляющая (заштрихованная часть). Увеличение длительности импульсов происходит за счет роста интегральной составляющей, которая зависит от рассогласования Ei и коэффициента и.

Рис. 4 Структурная схема прибора

Структурная схема содержит:

• 5 входных устройств (входов);

• 2 регулятора;

• 4 компаратора;

• 6 цифровых фильтров;

• устройство для вычисления разности температур ∆Т и относительной

• влажности ψ;

• задатчик программ управления (программ технолога);

• 8 выходных транзисторных ключей;

• 5 выходных реле;

• устройство-сигнализатор об окончании выполнения программы технолога,

• устройство связи с компьютером, индикаторы.

• На входные устройства прибора поступают сигналы от датчиков температуры “сухого” термометра Тсух; “влажного” термометра Твлаж; продукта Тпрод и датчиков положения «Задвижка 1» и «Задвижка 2». [1][2]

Технические характеристики прибора МПР51-Щ4

Рабочий орган

Затвор дисковый DE16 запорно-регулирующий с электроисполнительным механизмом МЭОФ.

Электрифицированные дисковые затворы предназначены для использования в качестве запорно-регулирующих устройств в системах автоматического регулирования технологических процессов и дистанционного управления в системах холодного и горячего водоснабжения, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования.

Параметры дискового затвора типа DE16:

Диаметр условного прохода (Ду) — 25-200 мм.

Давление рабочей среды (Рраб)— до 1,6 МПа.

Рабочая среда — горячая и холодная вода, воздух, пар.

Температура рабочей среды (Траб)— -10°С…+130°С.

Степень утечки <0,00001% величины Kvs.

Характеристика регулирования — линейная.

Материал основных деталей:

 корпус — чугун;

 диск — нержавеющая сталь;

 вкладыш — полимерный материал (ЕРДМ).

Параметры электроисполнительного механизма

Рабочее положение механизмов — любое, определенное положением трубопроводной арматуры.

Механизмы изготовляются с одним из следующих блоков сигнализации положения выходного вала:

1. реостатным БСПР,

2. индуктивным БСПИ,

3. токовым БСПТ — с унифицированным сигналом 0-5, 0-20, 4-20 mA по ГОСТ 26.011-80.

Нелинейность датчиков блоков сигнализации положения ±2,5%.

Средний срок службы механизмов не менее 15 лет. [1]

Стоимость механизма составляет 10000 – 12000 рублей.

Габаритные и присоединительные размеры затвора дискового запорно-регулирующего DE16 с механизмами МЭОФ

Исполнительный механизм с ОС

Механизмы МЭОФ — однооборотные электрические фланцевые исполнительные механизмы, обеспечивающие передачу крутящего момента на рабочий орган арматуры неполноповоротного принципа действия.

Механизмы МЭОФ предназначены для перемещения рабочих органов запорно-регулирующей трубопроводной арматуры поворотного принципа действия (шаровые и пробковые краны, поворотные дисковые затворы, заслонки и пр.) в системах автоматического регулирования технологическими процессами различных отраслей промышленности в соответствии с командными сигналами, поступающими от регулирующих или управляющих устройств. Механизмы устанавливаются непосредственно на арматуру.

Основные функции:

• автоматическое, дистанционное или ручное открытие/закрытие трубопроводной арматуры;

• автоматический и дистанционный останов рабочего органа арматуры в любом промежуточном положении;

• позиционирование рабочего органа трубопроводной арматуры в любом промежуточном положении;

• формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа арматуры и динамике его перемещения;

Конструктивными основными деталями нелинейных механизмов являются:

• двигатель;

• привод ручной;

• редуктор;

• блок сигнализации положения.

Блок сигнализации положения выходного вала:

Предназначен для преобразования положения выходного вала механизма в пропорциональный электрический сигнал, сигнализации или блокирования в крайних или промежуточных положениях выходного вала.

Механизмы оснащаются одним из видов блока сигнализации положения выходного вала:

• реостатным (БСПР-10)

• индуктивным (БСПИ-10)

• токовым (БСПТ-10)

• блоком концевых выключателей БКВ без датчика положения выходного вала.

В состав каждого блока входят два основных узла: блок микропереключателей и датчик. Блок микропереключателей содержит основание, корпус с микропереключателями и вертикальный вал с кулачками. Один из кулачков имеет два профиля по Архимедовой спирали на углах 90° или 0-225° (0-0,25 об. или 0-0,63 об.). При повороте вала кулачки, в зависимости от его положения, нажимают на кнопки микропереключателей. Поворот вала через профильный кулачок на валу вызывает изменение выходного сигнала датчика положения. [1]

Редуктор: Понижение частоты вращения и увеличение крутящего момента, создаваемых двигателем, осуществляется посредством многоступенчатых цилиндрических зубчатых или комбинированных червячно-зубчатых передач. Валы вращаются на шарикоподшипниках. Зубчатые передачи и шарикоподшипники смазываются густой смазкой, что обеспечивает установку механизма в любом положении в пространстве. [1]

Двигатель: Специальные синхронные электродвигатели с электромагнитной редукцией типа ДСОР и ДСТР являются приводом механизмов и обеспечивают поворотно-кратковременный режим работы исполнительны механизмов с частотой до 630 включений в час, продолжительностью включений до 25%. [1]

2. Технологический раздел

2.1. Описание процесса приготовления цементного клинкера в трубной шаровой мельнице

Измельчение материалов в цементном производстве – один из технологических процессов. Помолу подвергают природные сырьевые материалы и искусственно подготовленные полуфабрикаты с различными добавками для придания определенных свойств цементу. От качества этих материалов и степени измельчения зависит качество цемента.

Помольные агрегаты, применяются в цементной промышленности, имеют высокую энергоемкость, и повышение коэффициента их полезного действия чрезвычайно важно. Конструктивные решения помольных агрегатов зависят не только от их мощности. Но и от способа производства цемента. Например, для мокрого способа производства нужны агрегаты, которые размельчают сырье с добавлением воды. При этом получается пульповидная масса, называемая шламом. При производстве цемента сухим способом требуется получить сухую (с минимальной влажностью) смесь в виде порошка. Для этого используются агрегаты, совмещающую сушку и помол сырья. Следовательно, цель автоматизации процессов измельчения материалов состоит в том, чтобы обеспечить максимальную производительность и устойчивые качественные показатели продукта помола.

Основной параметр, на котором базируется система автоматизации работы трубных шаровых мельниц, - частота шума, издаваемая агрегатом в процессе помола – использование электроакустического метода контроля загрузки.

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

Автоматизация процесса приготовления сырьевого шлама в болтушках. Болтушки устанавливают на цементных заводах, применяющих пластичные материалы – глину и мел. Цель автоматизации регулирования процесса приготовления шлама – получение шлама с нормальной растекаемостью и минимальной влажностью при максимальной производительности агрегата. Для этого необходимо, чтобы система автоматизации поддерживала параметры работы всего технологического оборудования.

Суммарная нагрузка регулируется в зависимости производительности и среднего значения нагрузок приводов болтушек. Для регулирования вязкости шлама в системе предусмотрено автоматическое регулирование подачи воды в болтушку.

В системах, обеспечивающих автоматическое регулирование загрузки, использованы электронные регулирующие приборы. Сигнал от преобразователей приводов обеих болтушек поступает на регулятор. В случае превышения суммарной нагрузки электродвигателей, что происходит при перегрузке болтушек, регулятор останавливает конвейер, и подача материала прекращается. При уменьшении нагрузки на двигатели регулятор вновь включает конвейер, и подача материала возобновляется. Режим работы этого регулятора позиционный: пуск – стоп конвейера.

Автоматизация процесса помола сырья в трубной шаровой мельнице с гидроциклонами. Пластичные материалы после диспергирования в болтушках содержат 70-80% мелких фракций, не требующих дополнительного измельчения в мельницах. Отделение готового продукта от общей массы шлама позволяет сократить общую потребность 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 мельнице, работающие в комплекте с гидроциклонами (гидроклассификаторами).

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

Контролируя разрежение в гидроциклонах, можно контролировать также режимы их работы, так как при увеличении или уменьшении величины разрежения по сравнению с заданным значением нарушается отделение крупных кусков и мелких. Для контроля разрежения в гидроциклонах используют манометры, которые являются бесшкальными преобразователями с электрическим унифицированным выходным сигналом постоянного тока. Вторичным прибором является показывающий прибор, предназначенный для визуального контроля величины одного параметра. В качестве регулирующих используют приборы, которые могут работать с приборами, имеющими выходной сигнал унифицированных параметров.

Автоматизация процесса сухого помола сырья в трубной шаровой мельнице. Для производства цемента сухим способом нужно подготовить сырьевую массу необходимой тонкости и минимальной влажности. Это достигается в мельницах, работающих по замкнутому циклу с промежуточной отбором готовой фракции. В качестве устройства для промежуточного отбора в установке применяют сепаратор, который разделяет поступающею в него сырьевую смесь. Готовый материал, имеющий нужную тонкость, направляется в емкость для хранения, а крупная фракция возвращается в мельницу на домол через течку. Таким образом, осуществляется замкнутый цикл помола.

Раздробленное сырье дозаторы (рис. подают в сушильную 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 центробежных 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 – цильпесом. После вторичного измельчения сырье вновь поступает в разгрузочное устройство и вместе с материалом, выходящей из первой камеры, поступает в сепараторы. Горячие газы, необходимые для сушки сырья, подают по газоходам из топки, установленной для этой цели в сырьевом отделении. После просасывания через мельницу газы очищаются в циклонах и электрофильтрах. Вся система подсушки и помола работает под разряжением.

В трубных шаровых мельницах непрерывным потоком подается размалываемый материал и вода. В процессе измельчения должна обеспечиваться стабилизация влажности и тонкости помола шлама, а также поддержание их значений на заданных технологической картой величинах.

Для изучения мельницы как объекта регулирования и построения основных технологических зависимостей с помощью системы контроля и дистанционного управления определяются связи между технологическими величинами. Так, на рис.1. приведены зависимости сигнала уровнемера в зоне дробления L от производительности мельницы W при различном гранулометрическом составе материала, который является одним из показателей размалываемости. Линия 3 характеризует наиболее крупный и трудно размалываемый материал, 2 — средний, 1 — легко размалываемый.

Уровень загрузки первой камеры мельницы материалом в зоне дробления зависит не только от производительности мельницы, но и от размалываемости сырья. При неизменной производительности мельницы трудно размалываемый материал недоизмельчается, а легко размалываемый измельчается до чрезвычайно малых частиц. В то же время поддержание постоянного уровня загрузки первой камеры L приводит к обратному явлению: подача в мельницу легко размалываемого сырья столь велика, что шлам на выходе будет грубого помола. Вынесенная на график линия 4 является линией постоянного значения тонкости помола р.

Таким образом, стабилизация заданной тонкости помола достигается путем поддержания определенного соотношения между изменениями величин сигнала ∆L первой камеры и производительности W.

Тонкость помола зависит как от расхода сырья, подаваемого в мельницу, так и от его размалываемости. Расход сырья контролируется дозаторами или тарельчатыми питателями. Измерение размалываемости сырья представляет значительные трудности. Поэтому для контроля факторов, связанных с размалываемостью, применяют косвенные методы. Одним из таких факторов является уровень заполнения мельницы материалом, поскольку при неизменной производительности он зависит от размалываемости сырья.

Уровень материала в шаровой мельнице измеряют электроакустическим методом. В его основе лежит зависимость характеристик шума, издаваемого мельницей, от количества находящегося в ней материала. Чем меньше уровень загрузки мельницы материалом, тем интенсивнее вибрационный сигнал и наоборот. Устройство, контролирующее уровень загрузки мельницы материалом, устанавливается в начале первой камеры в так называемой зоне дробления. Здесь воспринимается сигнал изменения количества и размалываемости материала.

Сигналы от устройства контроля загрузки мельницы L и датчика расхода сырья F (дозатора) подаются на вход регулирующего прибора загрузки мельницы материалом. При соответствующих параметрах настройки регулирующий прибор поддерживает определенное соотношение сигналов датчиков F и L, благодаря чему колебания тонкости помола шлама становятся меньшими, чем при ручном управлении процессом.

При изменении уровня загрузки первой камеры материалом изменяется величина сигнала L, подаваемого на регулирующий прибор, который воздействует на исполнительный механизм ИМ и перемещает задатчик дозатора до тех пор, пока сигнал обратной связи по положению расходомера сырья не сбалансирует регулирующий прибор. Соотношение сигналов датчиков, поддерживаемое регулирующим прибором, при этом остается неизменным.

Изменения гранулометрического состава и расхода подаваемого в мельницу материала, вызывая изменения уровня смеси в зоне шламообразования, компенсируются пропорциональным изменением расхода воды. [1]