Реферат: АСУ двухстадийного дробления замкнутого цикла

Содержание

Введение

1.   />Формулирование отраслевой задачи и общая характеристикапроектируемого объекта…………………………………………………3

2.   />Аналитический обзор современного состояния техники итехнологий при производстве цемента, относящихся к проектируемому объекту………………………………………5

2.1     Характеристикадробления и дробильное

оборудование……………………………………………..5

2.2     Обзорсуществующих систем автоматического управления процессом дробления……………………..10

2.3     Выбор основногооборудования……………………….16

    3.  Составление и описание функциональнойсхемы……………………18

    4.  Составление структурной схемы……………………………………….20

    5.   Расчет регулятораисследуемого объекта……………………………..25

          5.1     Расчет регулятораметодом РЧХ………………………………..26

    6.   Подключение датчиков кконтроллеру………………………………..30

    7.   Реализация САР в GOOD HELP………………………………………..37

   Заключение…………………………………………………………………..41

    Список литературы………………………………………………………….42

    Приложение 1………………………………………………………………..43

/>Введение

Автоматизациятехнологических процессов является едва ли не решающим фактором повышенияпроизводительности и улучшения условий труда, улучшения экономическихпоказателей.

Создание новыхвысокопроизводительных технологических процессов с большой скоростью выполненияопераций и значительной единичной мощностью агрегатов требует быстродействующихи надежных технических средств для управления и контроля, обеспечивающихреализацию преимуществ новой технологии; при этом уровень автоматизациивыбирается уже при синтезе технологии и, в свою очередь, во многом определяетэту технологию (системное проектирование автоматизированных технологическихкомплексов, в том числе автоматизированного оборудования).

Технологические процессыв промышленности строительных материалов представляют собой достаточно типичныеобъекты применения методов теории автоматического регулирования, но в то жевремя это своеобразная область развития автоматизированного управления вплотьдо создания интегрированных АСУ организационно-технологического типа.

Особое значение какосновному звену автоматизации отводится электроприводу. Информационные функцииэлектропривода очень велики. Электропривод позволяет наиболее простыми методамиопределять силовые параметры технологического процесса, осуществлятьдиагностику и контроль работы оборудования. Повышение технического уровнядробильного оборудования в первую очередь связано с совершенствованиемхарактеристик и расширением функциональных возможностей электропривода.

Одним из первых этаповпри производстве строительных материалов,

/>является процесс дробления. Рассматриваяпути повышения эффективности процессов измельчения и снижения их энергоемкостис учетом отечественного и зарубежного опыта, следует обратить серьезноевнимание на оснащение дробильного оборудования современными средствамиуправления. Это можно решить двумя путями с помощью средств локальнойавтоматики и с помощью средств вычислительной техники. В настоящее время вомногих случаях предпочтение следует отдавать микроконтроллерам, так как онипостоянно совершенствуются и удешевляются. Да и опыт эксплуатации АСУТПдробления на предприятиях нашей страны и за рубежом подтверждаетцелесообразность применения этих устройств.

 

1.  />Формулирование отраслевой задачи иобщая характеристика проектируемого объекта.

В данном курсовом проектетребуется разработать АСУ двухстадийного дробления замкнутого цикла твердыхпород для заводов мощностью более 10 тыс. т./сут.

На рис. 1. приведенасхема двухстадийного дробления по замкнутой схеме с регулированием  загрузки  дробилок   по   показателям удельной потребляемой мощности и степени заполнениякамеры дробления.

/>

Рис. 1.1. Автоматизациядвухстадийного дробления по замкнутой схеме

Из бункера 1 питатель 6загружает дро­билку первой стадии 8, откуда через конвейер 15 и грохот 18продукт дробления поступает в дробилку 20 второй стадии. Подрешетный продуктпоступает на конвейер 19. Из дробилки 20 продукт дробления пропускается черезгрохот 18. В схеме используются датчики мощно­сти 12 и 22, сигнализаторы уровня16 и 17 заполнения дробилки 20, конвейерные весы 14, датчики уровня 4 и 5 вворонках 2 и 3, электропривод 7 и вариатор 10, исполнительный ме­ханизм 9изменения щели дробилки первой ста­дии с преобразователем 11 и логическое уст­ройство13, управляющее схемой. Конвейер 21 является

/>промежуточным между дробилкойвторичного дробления и конвейером 15. Путем соответствующих настроек системрегулирования величин питания, удельной мощ­ности и размера щели дробилкипервой ступени достигается максимальная производительность всего комплекса.

Если дробилка 20 начинаетперегружаться, что фиксируется датчиком мощности 22 или сигнализатором уровня16 соответствующими; сигналами, по которым логическое устройство 13 начинаетуменьшать щель дробилки 8, то повысится удельная мощность дробилки 8 исократится поток поступающего в нее материала. При уменьшении нагрузки дробилки20 система стремится увеличить поток поступающего в дробилку материала.

В системе предусмотрена следующаяконт­рольно-измерительная аппаратура.

При температуре масла вмаслоотстойнике 60 °С включается вентиль, подающий воду в холодильникмаслосистемы. Если вентиль не открылся, то на пульт диспетчера подаетсязвуковой сигнал и загорается красная лампа, сигнализирующая об аварии вмаслоотстойнике. Вентиль вновь закрывается при температу­ре масла ниже 55° С.Контроль температуры подшипников осуществляется при помощи аппа­ратурывстроенной температурной защиты и сигнализации типа АТВ-29.

В качестве температурныхдатчиков ис­пользуются термометры сопротивления, кото­рые установлены навтулках приводного вала и втулке вала эксцентрика. При повышении температурыподшипника выше допустимой (80° С) электрическое сопротивление полупро­водниковоготермосопротивления уменьшается, и срабатывает реле РПТ. При этом на пультдиспетчера подаются звуковой и световой сигналы аварии с подшипником.

2.  />Аналитический обзор современногосостояния техники и технологий при производстве цемента, относящихся кпроектируемому объекту.

2.1 Характеристика дробления и дробильное оборудование

Одним   из   основных  показателей   дробильных   машин   являются   степень измельчения />, где /> - средневзвешенный размеркуска исходного  материала, /> -средневзвешенный кусок конечного (готового) продукта.

Степень измельчения зависитот конструкции дробильной машины, физико-механических свойств перерабатываемойкаменной породы и абсолютной величины кусков. С увеличением степени измельченияпроизводительность дробильных машин снижается, а расход энергии возрастает.Каждой конструкции дробильной машины при максимальной производительностисоответствует оптимальная степень измельчения: так, для щековых и конусныхдробилок крупного дробления i=3-5.Когда требуется большая степень измельчения, дробление осуществляют в несколькостадий, т.е. последовательно устанавливают ряд дробильных машин, различных поконструкции и техническим характеристикам. При этом постепенно переходят открупного к среднему и затем мелкому дроблению с таким расчетом, чтобыэффективность дробления на последующих стадиях была выше, а затраты энергиименьше.

Процесс дробленияотличается большим расходом энергии и быстрым износом деталей машин,находящихся в соприкосновении с дробимым материалом. Такие детали изготовляютбольшей частью из дорогих легированных сталей. Перед дроблением из исходногоматериала следует

удалять фракции готового продукта,так как, распределяясь между более крупными кусками, они повышают упругостьизмельчаемой массы. При переработке нерудных строительных материалов машинымогут работать по открытому и замкнутому циклам.

/>При дроблении по открытому циклуматериал проходит через дробильную машину только один раз, при этом кускиконечного продукта получаются неодинаковыми по величине.

При дроблении по замкнутому циклукрупные фракции оставшегося на сите материала после сортировки возвращаются наповторное дробление. Так как материал неоднократно проходит через дробильнуюмашину, то нагрузка (циркуляционная) на нее увеличивается, однако машинаработает с большей производительностью, чем при открытом цикле, и выдает болееравномерный продукт. При замкнутом цикле дробления материал не переизмельчаетсяи уменьшаются расходы энергии, а также износ рабочих органов машины. Недостатокзамкнутого цикла дробления заключается в том, что с ростом числа машин итранспортирующих механизмов увеличиваются высота зданий и капитальные затраты.Применяются одностадийные, двухстадийные, трехстадийные и реже четырехстадийныесхемы дробления. При определении числа стадий дробления следует учитыватьмощность предприятия, размеры кусков исходного и конечного продукта, а такжеконструкции дробилок. Число стадий дробления является основным показателем,определяющим схему дробильно-сортировочного завода.

Основными способамидробления, осуществляемыми рабочими органами дробильных машин, являютсяраздавливание (сжатие), удар, истирание и раскалывание. Часто эти способысочетают друг с другом, например раздавливание с ударом, удар с истиранием ит.п., при этом комбинируются действия сил изгибающих, срезающих и разрывающих.

Выбор способа дроблениязависит от физико-механических свойств материала (твердости, хрупкости,вязкости, загрязненности глиной, склонности к замазыванию дробильной камеры),начальной величины кусков и требуемой степени измельчения. Твердые материалынаиболее эффективно измельчаются ударом или раздавливанием, пластинчатые(глина) — раздавливанием в сочетании с истиранием, хрупкие материалы (уголь) — раскалыванием.

/>Дробилки классифицируют на щековые,конусные, валковые, молотковые и роторные. В данном курсовом проектерассматривается дробильный комплекс двухстадийного дробления замкнутого циклана основе щековой и конусной дробилок.

Щековые дробилкиприменяют как для первичного (грубого), так и для вторичного или среднего (имелкого) дробления каменных пород любой прочности. В настоящее время впромышленности нерудных строительных материалов их используют в основном длясреднего и мелкого дробления и реже для крупного. Эксплуатация щековых дробилоккрупного дробления подтверждает, что они свободно достигают паспортнойпроизводительности и могут работать с перегрузкой до 15-20 %. В отличие,например от конусных, щековые дробилки более производительны (хотя и болеесложны), процесс дробления в них непрерывный, при эксплуатации допускаютнекоторые перегрузки.

На цементных заводахприменяют щековые дробилки двух типов – с простым и сложным качанием подвижнойщеки (рис. 2.1, а)  последняя посажена на горизонтальную ось, опирающуюся на дваподшипника. Каждая точка подвижной щеки, периодически приближаясь и удаляясь отнеподвижной, описывает дугу окружности. Щель между неподвижной и подвижнойщеками при этом то уменьшается то увеличивается и куски материала, находящиесямежду ними, сначала раздавливаются, а затем выпадают из дробилки.   

/>/>

Рис. 2.1.Кинематические схемы щековых дробилок:

а — спростым движением щеки;    б — со сложным движением щеки

                               

У дробилок со сложнымкачанием подвижной щеки (рис. 2.1, б) верхний конец ее подвешен к вращающемусяэксцентриковому валу, а нижний шарнирно связан тягой с задней торцовой стенкойкорпуса дробилки. При вращении вала каждая точка щеки движется по замкнутойкривой, т. е. качается по дуге окружности и поступательно переме­щается вверх —вниз вдоль щеки. Материал, зажатый между щеками такой дробилки, не толькораздавливается, но и истирается. У таких дробилок относительно неболь­шаяпроизводительность и их в цементной промышленности приме­няют редко.

В конусных дробилкахматериал раздавливается между поверхностями двух конусов: вращающимсявнутренним 1 и неподвижным внешним 2 конусом. В зависимости от типа дробилкивнутренний конус совершает круговые колебания по одной из трех схем. (рис. 2.1)

/>/>

Рис. 2.2. Расположение конусовдробилки

В конусных дробилках скрутым конусом и подвешенным валом (рис. 2.2, а) внутренний конус совершаеткруговые колебания около неподвижной точки О, находящейся на оси наружногоконуса, при этом центр основания внутреннего конуса описывает окружность вокругэтой оси. В конусных дробилках с крутым конусом (рис. 2.2,6) круговые колебаниявнутреннего конуса 1 совершаются с перемещением его оси по образующей А — Вцилиндра с радиусом, равным эксцентриситету Г. В дробилках с консольным валом(рис. 2.2, в) точка О, вокруг которой совершаются круговые колебаниявнутреннего конуса 1, смещена вниз до уровня верхней кромки наружного конуса 2.При круговых колебаниях поверхность внутреннего конуса поочередно топриближается, то удаляется от нее. В момент приближения внутреннего конуса кповерхности внешнего происходит дробление, а при удалении раздробленныйматериал под действием

/>собственного веса выпадает изкольцевого отверстия дробилки. Таким образом, дробление и разгрузка в дробилкепроисходит непрерывно.

Дробилки с подвешеннымвалом и эксцентриковые применяют для крупного, а дробилки с консольным валом — для среднего и мелкого дробления, в основном для вторичного дробления. Конусныедробилки — для среднего и мелкого дробления, в основном для вторичногодробления. Конусные дробилки для среднего и мелкого дробления характеризуютсядиаметром основания дробящего конуса, а дробилки крупного дробления с крутымконусом — шириной загрузочного отверстия.

2.2.Обзор существующих систем автоматического управления

процессомдробления

Основное требование кпроцессу дробления заключается в уменьшении крупности материала до определяемойпотреблением величины. Материалы, поступающие на дробление, как правило,отличаются значительными колебаниями физико-механических свойств и в первуюочередь гранулометрического состава. Задача автоматического регулированияпроцесса дробления заключается в поддержании заданной крупности конечногопродукта и в максимальном использовании подводимой к дробильным агрегатамэнергии за счет оптимальной загрузки дробилок, а также получение наибольшейвозможной производительности конечного продукта и в максимальном использованииподводимой к дробильным агрегатам энергии за счет оптимальной загрузкидробилок, а также получение наибольшей возможной производительности конечногопродукта при наибольшей загрузке камеры дробления дробилок. В настоящее времядробилки имеют входные отверстия размером до 3100x3300 мм. Такие крупные кускимогут стать причиной возникновения пиков момента сопротивления, которыеприближаются к предельному вращающему моменту двигателя привода. Дальнейшая перегрузкаможет вызвать остановку дробилки, которую затем приходится освобождать вручную,что приводит к длительным простоям.

/>Наиболее простой схемой контроля иподдержания верхнего уровня заполнения камеры дробления является схема суровнемером, устанавливаемом на неподвижной боковой стенке дробилки на высоте,равной примерно 2/3 высоты камеры дробления. При равенстве в установившемсярежиме производительности питателя и дробилки уровень заполнения меняетсянезначительно. В случае снижения производительности дробилки питательостанавливается или переводится на пониженную скорость подачи. В качествеуровнемера может быть использовано гамма-радиоактивное реле, электронныйсигнализатор уровня и т.п. Такая система автоматического регулированияобеспечивает безаварийную эксплуатацию узла «питатель — дробилка», надежноконтролирует и предотвращает переполнение камеры дробления при не соответствиипроизводительностей питателя и дробилки, а также при попадании в камерудробилки негабаритов или металла. Существуют также системы регулированияпроизводительности дробилки по току двигателя дробилки или по мощности,затрачиваемой двигателем дробилки, но схемы регулирования загрузки дробилки поуровню предпочтительнее схем регулирования по току или расходу энергии,поскольку первые точнее позволяют определять истинную загрузку дробилки иподдерживать ее на максимальном значении при изменяющемся качестве исходногопитателя. Однако более перспективными являются комбинированные схемы, которыерегулируют производительность дробилки по нескольким параметрам.

С целью повышенияточности регулирования была разработана система с коррекцией по текущему значениюпроизводительности (рис. 2.3), измеряемой косвенным образом по мощности,потребляемой приводным двигателем отводящего конвейера. Поддержание заданнойпроизводительности дробилки достигается путем настройки датчиков 1Дн и 2Дн.Если нагрузка приводных двигателей 5 и 1 отводящего конвейера и дробилки меньшезаданной, то с помощью выходных реле датчиков 2 и 4 через электронный блок 3 подаетсякоманда на включение пластинчатого питателя 6. В процессе дробления питатель отключаетсяв том случае,  когда нагрузка хотя бы на одном из двигателей превышаетзначение, на которое настроены датчики.

/>/>

Рис. 2.3. Система с коррекцией потекущему значению производительности

В системе автоматическойзагрузки дробилки, созданной ВНИИнеруд, ВНИИСтройДорМаш и институтомТяжпромавтоматика (рис. 2.4.), регулируемые параметры — производительность иуровень — контролируются электротензометрическими конвейерами веса 1 ифотоэлектрическим уровнемером 2.

/>/>

Рис. 2.4. Система автоматическойзагрузки дробилки

Два контура управления,включающие в себя регуляторы уровня и производительности 3 и 4, черезпромежуточный блок 5 воздействует на ток подмагничивания однофазных силовыхмагнитных усилителей 6. Выпрямленное напряжение усилителей подается на обмоткуякоря приводного электродвигателя дробилки. Если в автоматическом режимерегулируемые величины превысят установленные для них предельные значения, наблок 5 поступит сигнал, и питатель выполняющий функцию исполнительного органа,до тех пор будет снижать свою производительность, пока сигнал не исчезнет. Еслиуровень не превышает нижнего заданного значения (0,6 высоты камеры дробления),регулятор уровня выключается, и регулирование осуществляется попроизводительности. При заполнении дробилки до верхнего максимальногодопустимого значения — 0,9 высоты камеры-регулятор останавливает питатель. Приопускании уровня заполнения ниже предельного значения регулирование ведетсятолько по сигналу датчика производительности. Недостаток системы заключается вприменении системы регулирования релейного действия. Это приводит к быстромуизносу пусковой аппаратуры,

/>редуктора и пластинчатого питателяиз-за частых пусков. Но эта система может быть превращена в линейную системууправления при соответствующей замене аппаратуры. Вместо привода релейногодействия может быть применен привод пластинчатого питателя с индукторной муфтойскольжения; привод с двигателем постоянного тока, питателем от управляемогомагнитного усилителя, или привод с кремниевым выпрямителем. В этом случаеполучается система регулирования производительности конечного продуктадробления с последовательной коррекцией по значению производительности.

Криворожсский горнорудныйинститут разработал систему регулирования загрузки дробилки (рис. 2,5).Изобретение относится к управлению конусными дробилками, может бытьиспользовано в черной и цветной металлургии, в ПСМ и в химическойпромышленности и позволяет повысить точность регулирования.

/>

рис. 2.5. Система регулированиязагрузки дробилки Криворожсского

горнорудного института

Система содержит питатель1, грохот 2, дробилку 3, конвейер 4 подгрохотного продукта, конвейер 5дробленного продукта, привод 6 питателя, датчик 7 производительности грохота,блок 8 определения соотношения, блок 9 сравнения соотношений, задатчик 10,датчик 11 уровня руды в дробилке, регулятор 12, электроприводы 13 и 14 грохотаи дробилки, датчик 15 производительности дробилки, пороговые элементы 16 и 17,блоки 18 и 19 задержки и коммутаторы 20—22. Формула изобретения. Системарегулирования загрузки дробилки с грохотом, питателем, конвейерами дробящего иподгрохотных продуктов, содержащая блок определения соотношения; блоксравнения   соотношений;   задатчик,   датчик  уровня  руды   в  дробилке;  датчик производительности грохота; регулятор и электроприводы питателя, грохотаи дробилки, причем датчик производительности грохота подключен к первым входамблока определения соотношения. Выход через блок сравнения соотношений соединенс первым входом задатчика, второй вход которого соединен с датчиком уровня рудыв дробилке. Выходной сигнал задатчика через регулятор поступает наэлектропривод питателя. Особенность данной системы в том, что для повышенияточности регулирования, она снабжена тремя коммутаторами, двумя пороговымиэлементами, двумя блоками задержки и датчиком производительности дробилки.Датчик производительности дробилки подключен ко второму входу блока определениясоотношения, выход которого соединен с входами пороговых элементов. Выходпервого порогового элемента соединен с первыми входами первого и второгокоммутаторов и второго блока задержки, второго — со вторым входом первогокоммутатора и входом первого блока задержки. Сигнал с первого блока задержкипоступает на входы второго коммутатора и второй блок задержки. Привод дробилкисоединен через третий коммутатор со вторым блоком задержки. Выход первогокоммутатора соединен с приводом питателя, а выход второго коммутатора соединенс приводом.

/>Следует отметить также недостаткипредложенных последних двух систем. В системе, предложенной институтом«Кривбасспроект» на питателе используется датчик веса, который снижаетнадежность системы. Использование последовательной коррекции, как принципапостроения системы регулирования также можно отнести к недостаткам данныхсистем.

/>2.3     Выбор основного оборудования

Для достижения заданнойпроизводительности на выходе материала из дробилки выберем щековую дробилкуС-887. Для которой :

Размер приемного отверстия,мм  1500×2100,

Наибольший размерзагружаемых кусков, мм 1300,

Номинальная ширинавыходной щели, мм 180,

Пределы регулированиявыходной щели, мм 135-225,

Частота вращенияэксцентрикового вала, мин -1  100,

Производительность, м3/ч  280 т/ч,

Мощность электродвигателя250 кВт,

Тип и характеристикапитателя  — пластинчатый (В = 2400 мм).

Т.к. тип питателяпластинчатый произведем выбор и расчет пластинчатого питателя:

Типоразмеры, мм — 2400×6000,

Скорость движения, м/с — 0,16-0,08,

Длина, мм – 5500,

Масса, т – 51,9,

Производительность Q (т/час) пластинчатого конвейераможет быть определена по формуле:

Q = 3600 F*v*/>,                             

где  F — площадь  поперечного  сечения  материала  на ленте, м2,

F = 0,25 В2 К2 •tg (0,6/>)= 0,25*2,42*0,852*tg(0.6*15)=0.15                      

где В — ширина полотна, м; К=0,85 —отношение ширины слоя материала к ширине полотна; /> —угол естественного откоса материала в движении; v — скорость движения полотна конвейера, принимается впределах 0,08-0,16 м/сек и уточняется по формуле

V=/>,

где t — шаг тяговой цепи(0.1), м; b — число зубьев приводной (b = 5).

n — об/мин — число оборотов головноговала конвейера(nmax=19)

/>Отсюда,

Qmax=3600*1.04*0.15*0.16*2.7=300т/ч.

Рассчитаем мощностьэлектродвигателя пластинчатого питателя

/>,

где К2 = 1,10-1,25 —коэффициент запаса мощности; q —масса 1 погонного метра движущихся частей конвейера, кг/м; L — дли­на конвейера, м; L1 — длина проекции конвейера на горизон­тальнуюплоскость, м; Н — высота подъема материала, м.

          N=1.1/>.

          В качестве привода питателя выбираемасинхронный двигатель 4A25S4

Мощность 50 кВт,

Частота вращения 1477 об/мин,

Ток статора 95,2 А,

Момент инерции 133*10-2кг/м2.

Тогда, чтобы числооборотов ведущего вала питателя было 19 об/мин, необходим редуктор спередаточным числом 78.

В качестве весового конвейераприменяем весы конвейерные ВК-2М.

Основные технические характеристики весов конвейерных ВК-2М:

Длина ленты конвейера 4 м Скорость движения ленты 2 м/с

3.       Составление иописание функциональной схемы

/>Функциональные схемы являются основ­ным техническимдокументом, определяю­щим функционально-блочную структуру от­дельных узлов автоматическогоконтроля, управления и регулирования технологиче­ского процесса и оснащениеобъекта управ­ления приборами и средствами автоматиза­ции (в том числесредствами телемеханики и вычислительной техники).

По имеющейся схемеавтоматизации двухстадийного дробления замкнутого цикла (представленной на рис.1.1.), составим функциональную схему  системы регулирования (приложение 1).

Требования предъявляемыек дроблению, обеспечение требуемых размеров материала на выходе. При этомдолжно обеспечиваться: максимальный выход одной какой-либо фракции приминимальных энергозатратах. Для того чтобы материал не переизмельчалсяприменяется двухстадийное дробление.

Чтобы дробилки работали воптимальном режиме, применяются датчики мощности (1 п) и  (1 ц) для приводовдробилок соответственно 1-ой и 2-ой дробилок. С этих датчиков сигнал поступаетна логическое устройство (1 с) (в настоящее время используются контроллеры).Для того, чтобы дробилки не перезагружались, применяются сигнализаторы уровня(1а, 1г) и (1т) соответственно 1-ой и 2-ой дробилок, сигналы которых черезсоответствующие преобразователи (1 б, 1 д) и (1 у), поступают также налогическое устройство (1 с) и на показывающие приборы на щите (1 в, 1 е) и (1ф)соответственно. Также чтобы вторая дробилка не перезагружалась, применяетсявесовой конвейер, вес которого фиксируется датчиком веса (1 л) сигнал скоторого подается на логическое устройство (1 с). В соответствии с сигналами,полученными логическим устройством, оно увеличивает  или

/>уменьшает: скорость питателя,выходную щель дробилок, подавая через УМ (1 з), (1 л) и (1 у) соответственносигнал на привод питателя, 1-ой дробилки и 2-ой дробилки.

/>4. Составление структурной схемы

Щековая дробилка являетсяобъек­том, работу которого характеризует производительность питателя Qп, ширина разгрузочной щели l, круп­ность D и прочность σ исходного мате­риала, а такжепроизводительность Qдр, мощность N, потребляемая в про­цессе дробления,и гранулометриче­ский состав дробленого продукта, ха­рактеризуемый средневзвешеннымди­аметром кусков dср.

Возможные отклоненияширины разгрузочной щели от заданного значения, как правило, своевременно уст­раняютсяобслуживающим персоналом

при профилактических осмотрах. Кро­метого, изменение ширины разгрузочной щели в процессе эксплуатации на­столькомало, что его влиянием можно пренебречь.

С учетом сделанных ограничений: структурная схема щековойдробилки как объекта автоматического регулиро­вания производительностиприведена на рис.4.1. в котором в качестве входного регулирующеговоздействия рас­сматривается производительность пи­тателя Qп, вкачестве выходной регу­лируемой величины -производитель­ность дробилки Qдр.

/>/>

Рис 4.1. Структур­ная схема щековой дробилкикак объекта автоматического ре­гулирования.

Приняв параметрымеханического режима щековой дробилки крупного дробления (угол захвата α,ход по­движной щеки S) неизменными,отне­сем к возмущающим воздействиям f изменение прочности σ и крупности D) исходного материала.

/>Уравнение материального балансадробилки имеет вид

/>                                                                    (4.1)

где Qп — производительность питате­ля; Qдp — производительностьдробилки, или в операторной форме

/>                                                              (4.2)

где />, />, /> - изображе­ния Лапласасоответствующих величин.

Из уравнения (4.2)следует, что по каналу производительность питателя — запас материала в дробилкещековая дробилка является астатическим объектом. Дальнейшее исследованиеобъекта связано с рассмотрением передаточной функции />, характеризующих соответ­ственновзаимосвязь величин /> Qдр(s).

Производительностьдробилки в пе­реходных   режимах    определяется   не всем запасом материала,находящегося в текущий момент в дробилке, а некоторым эффективным количествомматериала /> находящегося в непосредственномконтакте с «призмой выпадения».                                          

Исходя из этого объемматериала можно представить в виде двух составляющих:

/>

где — /> запас материала в зоне предварительного дробления; /> - запас материала в зоне эффективного дробления.

/>/>/>

Рис.  4.2.   Физическая модель процесса дробления в щековой дробилке

Физическая модель такогопроцесса дробления приведена на рис. 4.2.

Исходя из принципаразделения запаса материала на две зоны и применения к отдельным зонамвыражения материального баланса (4.1), учитывая при этом функциональнуюзависимость между производительностью и полным запасом материала

/>

составлена система дифференциальных уравнений,характеризующих динамику процессов, протекающих в щековой дробилке(запаздывание в объекте не учитывается).

/>

/>

/>

/>

/>

где Qпр — производительность   в пред­варительной зоне дробления; />/>/> -  нелинейные   функции,   определяемые  экспериментально.

/>Структурная схема,соответствующая     данной    линеаризованной  системе   уравнений,  представлена   на рис. 4.3.

Из приведеннойструктурной схемы можно получить выражения передаточ­ных функций, связывающих

/>/>Рис. 4.3. Структурнаясхема щековой дро­билки

производительность   дробилки  сполным запасом материала m:

/>

В разобранной  структурной   схеме щековой дробилки не учитывается чис­тое запаздывание,физическая   приро­да которого  связана  с временем   сво­бодного падениягорной массы с пита­теля в камеру дробления τ1 и временем свободного падения  дробленого мате­риала на конвейер, транспортирующий продукт, τ2.Однако это запаздывание необходимо    учитывать.    Пренебрегая изменениемуровня материала на кон­вейере и запасом материала в камере дробления, можно принять τ1  и τ2 постоянными.    С     учетом      выражений (4.3) и(4.4)  можно записать:

/>                                      (4.3)

/>                                        (4.4)

/>Тогда передаточная функция  /> по соответствующим каналам с учетом звеньев чистого запаздывания  запишется так:

/>

/>5. Расчет регулятора исследуемогообъекта

          Произведем расчет регулятора длясистемы, у которой производительность питателя на входе и дробилки на выходе. Вкачестве рассматриваемого объекта – щековая дробилка С-887, для которой

/>т/ч,   />=2.11 т,  Т1=60 с,   T2 = 30 c, τ1 = 2 c,  τ2 = 1 c.

          Передаточная функцияобъекта равна

/>

После разложения экспоненты в рядПаде получим: />=/> 

/>

Рис. 5.1.    Переходный процесссистемы.

/>5.1 Расчет регулятора методом РЧХ

Согласно этому методу,расчетные формулы для настроек регулятора замкнутой системы, представленной нарис. 5.2,  получают из условия, аналогичного критерию Найквиста.

/> <td/> />
Рис. 5.2. Требуемая структура системы, к которой применим метод РЧХ

Если разомкнутая системаимеет степень колебательности не ниже заданной, то замкнутая систем будетобладать заданной степенью колебательности в том случае, когда расширенная КЧХразомкнутой системы /> проходит черезточку с координатами />, т.е.

/>,

где />                                                    (1)

  />

            Уравнение (1)равносильно двум уравнениям, записанным относительно расширенных АЧХ и ФЧХобъекта и регулятора, а именно:

  />                                                                   (2)

            Для заданныхчастотных характеристик объекта и выбранного  закона регулирования при решениисистемы уравнений (2) находят вектор настроек регулятора S, обеспечивающих заданную степеньколебательности на каждой частоте.

          Самыми распространеннымирегуляторами являются П, ПИ и ПИД поэтому рассчитаем коэффициенты для данныхрегуляторов и выберем из них по переходному процессу наиболее оптимальный.

/>          Формулы для расчета коэффициентоврегуляторов получают из системы:

П:  

R(p)=s1,

/>/>,

/>;

ωр – находят при />=-180,

Для данной системы П –регулятор неприменим, т. к. ФЧХ никогда не будет равняться -180.

ПИ:

R(p)=s1+/>

/>/>

ωр = 0.8 ωп,

          Используя программу MatLab для решения системы получаемследующие коэффициенты:

S1 = 0.1243,

S0 =0.0209.

/>/>

Рис. 5.2.   Переходный процесссистемы с ПИ – регулятором.

ПИД:

R(p)=s1+/>

/>/>

S2 = 1,

S1 = 1.6453,

S0 =0.0211.

/>/>

Рис. 5.3.  Переходный процесс системыс ПИД – регулятором.

          Из переходных процессоввидно, что наиболее оптимальным является ПИД – регулятор, т. к. у него меньшеперерегулирование и меньше время переходного процесса.

/>6. Подключение датчиков к контроллеру

Устройство управления дляданной системы реализуем на базе контроллера ROBO 3140, на который в этом случае возлагаются функциисбора информации о текущей производительности подсистем дозирования, обработкиполученной информации и выдачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы.Характеристики контроллера приведены в таблице 1.

Таблица 1. ROBO 3140

Конструкция Пластиковый корпус Вид монтажа Монтаж на DIN рейку; Монтаж на стене Процессор Тип процессора AMD188ES Максимальная частота процессора 40МГц Память Оперативная память Максимальный объем 256кб Установлено 256кб Энергонезависимая память Максимальный объем 2кб Установлено 2 Тип EEPROM Электронный диск Установлено 512кб Максимальный объем 512кб Тип Flash Интерфейс Последовательный интерфейс Тип 2xRS232; RS485; RS232/RS485 Максимальная скорость 115200бит/сек Разъемы DB9; Винтовые клеммы Таймеры Часы реального времени Да Сторожевой таймер 1.6сек

/>

Разъемы Разъемы Питания Винтовые клеммы Другие DB9 Винтовые клеммы Управление и индикация Индикаторы Светодиоды Питание Напряжение питания +10...+30В Потребляемая мощность 3Вт Программное обеспечение Программное обеспечение Операционная система DOS Системное Библиотека программирования Инструментальная система GoodHelp Условия эксплуатации Условия эксплуатации Температура -20..+75°С Размеры и вес Размеры Ширина 72мм Высота 122мм Глубина 25мм Вес 0.2кг

Для ввода информации вконтроллер, учитывая, что выходной сигнал с датчиков производительностиподсистем дозирования является аналоговым и изменяется в пределах 0..5 мА,выбираем модуль I-7012 (по одномуна каждый контур дозирования), характеристики которого представлены в таблице2.  В этом случае подключение осуществляется через внешний резистор 125 Ом.

Таблица 2. Модуль I-7012

Конструкция Модуль с последовательным интерфейсом; Монтаж на DIN рейку; Пластиковый корпус Интерфейс Интерфейс Тип RS-485 Скорость передачи данных 1200бит/сек; 2400бит/сек; 4800бит/сек; 9600бит/сек; 19200бит/сек; 38400бит/сек; 57600бит/сек; 115200бит/сек

/>Максимальная длина линии связи

1200м (Сегмент) Протокол передачи данных Совместим с протоколом ADAM-4000 Макс. количество модулей в сети 2048 Аналоговый ввод Каналов аналогового ввода Всего 1 Дифференциальных 1 Диапазоны входного сигнала Биполярного, по напряжению -0.15..+0.15В; -0.5..+0.5В; -1..+1В; -5..+5В; -10..+10В Биполярного, по току -20..+20мА Входное сопротивление При измерении напряжения 20МОм При измерении тока 150Ом (Внешний резистор) Вход Токовый шунт Внешний; 150 Ом Перегрузка по входу 35В Полоса пропускания 5.24Гц АЦП Разрядность 24бит Частота выборки 10выборок/сек Тип преобразования Сигма-дельта преобразование Режимы запуска Встроенный генератор Гальваническая изоляция 3000В Погрешность -0.05..+0.05% Коэффициент подавления помехи общего вида 86дБ (50/60Гц) Коэффициент подавления помехи нормального вида 100дБ (50/60Гц) Температурный дрейф нуля 20мкВ/°C Дискретный ввод Каналов дискретного ввода Всего 1 Без изоляции 1 Входное напряжение Логический 0 0..+1В Логическая 1 +3.5..+30В Дискретный вывод

Каналов />дискретного вывода

Всего 2 Открытый коллектор, без изоляции 2 Коммутируемый ток Постоянный 30мА Коммутируемое напряжение Постоянное 30В Рассеиваемая мощность 300мВт Таймеры/счетчики Таймеры/счетчики Всего 1 (Счетчик событий) Входная частота Измерение частоты 0..50Гц Процессор Встроенный процессор Совместим с 8051 Сторожевой таймер Сторожевой таймер Да Разъемы Разъемы Винтовые клеммы Питание Напряжение питания +10...+30В Потребляемая мощность 1.3Вт Условия эксплуатации Условия эксплуатации Температура -20..+75°С Размеры, вес Размеры Длина 122мм Ширина 72мм Высота 25мм

В качествеисполнительного механизма в данном случае используются АД, управление которымосуществляется посредством АИН который в свою очередь управляется ШИМ черезспециальную микросхему драйвер IR2235S. В соответствии с этим выбран модульI-7066, характеристики которогоприведены в таблице 3.

Таблица 3. Модуль I-7066

Интерфейс Интерфейс Тип RS-485 Скорость передачи данных

1200бит/сек; 2400бит/сек; 4800бит/сек; />9600бит/сек; 19200бит/сек; 38400бит/сек; 57600бит/сек; 115200бит/сек

Максимальная длина линии связи 1200м (Сегмент) Протокол передачи данных Совместим с протоколом ADAM-4000 Макс. количество модулей в сети 2048 Дискретный вывод Каналов дискретного вывода Всего 7 Твердотельное реле (SSD) 7 Гальваническая изоляция 5000В Реле Максимальный коммутируемый ток, постоянный 0.13А@350В Максимальный коммутируемый ток, переменный 0.13А@350В Время включения 0.7мс Время выключения 0.05мс Процессор Встроенный процессор Совместим с 8051 Сторожевой таймер Сторожевой таймер Да Разъемы Разъемы Винтовые клеммы Питание Напряжение питания +10...+30В Потребляемая мощность 0.5Вт Условия эксплуатации Условия эксплуатации Температура -20..+75°С Размеры, вес Размеры Длина 122мм Ширина 72мм Высота 25мм

/>Таким образом, функциональная схемаустройства управления будет иметь вид, представленный на рис. 6.1.

/>

Рис. 6.1.  Функциональная схема устройства управления.

Электрическая схемаподключения датчика ВК-2М к модулю I-7012 представлена на рис. 6.2.

/>

Рис. 6.2.  Схема подключения датчика производительности кмодулю I-7012.

Электрическая схема подключенияпривода питателя  к модулю I-7066представлена на рис. 6.3

/>/>

Рис. 6.3.   Схема подключения модуля I-7066 к АД.

/>7.  Реализация САР в GOODHELP

Устройство управления системойреализуем на базе контроллера ROBO3140 с помощью системы графического программирования контроллеров Good Help, которая представляет собой поддержку языкафункциональных блоковых диаграмм – FBD (Function Block Diagrams).

Графическийязык диаграмм функциональных блоков  (далее FBD) позволяеттехнологу строить сложные схемы на основе существующих функций библиотекисистемы Good Help, связанных вдиаграмму.

         ДиаграммаFBD описывает функцию, определяющую взаимодействие между входамиивыходами блоков, имеющихся в библиотеке.

  Элементарный блок выполняет одну функцию взаимодействия между своимивходами и выходами. Схема разрабатывается путем размещения функциональныхблоков на различных вкладках поля редактирования, которые позволяют создаватьлогическое разбиение контуров редактирования по группам.

Для реализацииполученного оптимального закона регулирования необходимо в редакторе схем (edchart) с помощью стандартных блоковнабрать соответствующую программу.

/>Программарегулирования производительности щековой дробилки

/>

 

        Для проверкисистемы отображения информации на пульте оператора можно создать тестовуюсхему, описывающую математическую модель объекта управления.

Программарегулирования производительности щековой дробилки в тестовом режиме.

/>

Регулируемые параметры, атакже параметры, несущие важную информацию о ходе технологического процесса,необходимо занести в таблицу внешнего доступа, чтобы они были доступныоператору.

В данном случае таблицавнешнего доступа имеет вид:

/>/>

Для удобного контроля иуправления технологическим процессом воспользуемся редактором отображения информации (wstation). Онпредназначен для представления данных, полученных от технологическихконтроллеров, на графических  мнемосхемах. 

Вокне редактирования на поверхности статической мнемосхемы (иначе ее можноназвать подложка или фон) производится расстановка форм отображения информации и привязка к этим формам параметров, получаемых от контроллеров.

Вданном случае нам необходимо обеспечить отображение производительностидробилки, а также заданную производительность дробилки с возможностью ееизменения.

Окнорегулирования загрузки мельницы (рис. 7.1) содержит в качестве подложкифункциональную схему процесса, а также две формы типа динамический текст для отображенияпроизводительности. Эти формы предназначены для отображения и ввода информации.Это свойство можно использовать для обеспечения возможности оператору задаватьтребуемую производительность мельницы.

Рис.7.1. Окно регулирования производительности дробилки.

  />/>

Окнопереходных процессов (рис. 7.2) носит вспомогательный характер и отражаетдинамику процесса регулирования производительности дробилки.

Рис. 7.2. Окно переходных процессов.

  />

/>Заключение

В данном курсовом проектебыла произведена автоматизация щековой дробилки, для которой производительностьна выходе зависит от производительности питателя. Для того чтобы система обладалабыстродействием и не была при этом  расходящаяся, был выбран и рассчитанрегулятор. Наилучшими свойствами указанными выше при расчете регулятораобладает ПИД-регулятор.

Данную системуреализовали в GOOD HELP для реального объекта с использование модулей I -7000, ROBO-3140 и стандартных компонент. А также создалитестовый вариант программы для наглядной демонстрации.

/>Список литературы

1.   Зеличенок Г. Г.   Автоматизациятехнологических процессов на предприятии строительной индустрии – М.: “ Машиностроение”1974г.

2.   Проектированиецементных заводов. Под редакцией Зозулина П.В., Никифорова Ю. В. – М.: “Машиностроение”,1995г.

3.  Банит Ф. Г.,Несвижский О.А. Механическое оборудование цементных заводов – М.: “ Машиностроение”,1975г.

4.  www.icp2u.ru

5.  www.metran.ru  

6.   upk.ural.ru/index/ru/products/17