Розробка автоматизованої системи керування параметрами технологічного процесу в зерносушарці (ID:175074)

В даній випускній бакалаврській роботі розроблена автоматизація процесу сушіння зерна в барабанній сушарці СЗСБ-8. Зерно, яке поступає від зернозбиральних комбайнів, має підвищену вологість досягаючи 20-30%, що робить його непридатним для тривалого зберігання. Надлишок вологи у зерні створює сприятливі умови для розвитку мікроорганізмів і зігрівання. Зважаючи на це зерно потрібно сушити до 14-16% вмісту вологості, в залежності від подальшого його застосування. Метою даної роботи є розробка CAP процесу сушки зерна в барабанній зерносушарці, контролюючи температуру сушильного агенту та оптимізуючи енерговитрати, щоб забезпечити високу її продуктивність, збереження потрібних якісних показників зерна. Барабанна зерносушарка СЗСБ-8 призначена для сушіння насінного та продовольчого фуражного зерна зернових, зернобобових та олійних культур. (далее рассказываешь по схеме принцип работы зерносушарки, коротко) Основним елементом барабанних сушарок є горизонтальний або ледве нахилений обертовий зі швидкістю 2...6 об/хв циліндричний барабан, усередині якого перемішується по довжині і сушиться зерно. Усередині барабана в залежності від продукту, що висушується, установлюють різного типу насадки або подовжні лопати, що сприяють інтенсифікації процесу сушіння. Основна характеристика барабанних сушарок — волого напруженість об'єму барабана, тобто кількість випаруваної вологи; з 1 м об'єму барабана. Величина вологонапруженості залежить від типу, ступеня заповнення і частоти обертання барабана, теплофізичних властивостей і розмірів зерна, а також від температури вологості і швидкості агента сушіння усередині барабана, вона коливається від 6,0 до 44,0 кг випар. вол/ (м3 • ч). Витрата теплоти складає від 5230 до 12500 кдж випар. вол. (від 1250 до 3000 ккал випар. вол., а витрата електроенергії від 0,1... до 0,2 квт ч/кг випар. вол. Зерносушарка СЗСБ-8 складається з топки, завантажувальної камери, сушильного барабана, розвантажувальної камери, охолоджувальної колонки, розвантажувальної норії, вентилятора охолоджувальної колонки, вентилятора сушильного барабана, завантажувальної норії приводного механізму. Завантажувальна камера встановлена поруч з переднім торцем сушильного барабана і служить для подачі агента сушіння і сирого зерна в барабан сушарки. На верхній стінці камери встановлений патрубок, що з'єднує камеру з трубопроводом подачі агента сушіння. Дно камери конусне і закінчується клапаном-блимавкою, через який надлишок сирого зерна можна видаляти з камери. На передній стінці камери мається отвір для термометра, призначеного для виміру температури агента сушіння. До задньої стінки приварений фланець з куточка, до якого кріпиться ущільнення сушильного барабана. На передній і бічній стінках камери зроблені люки зі знімними кришками. Сушильний барабан — шестисекційний, з під’ємно-лопатною системою. Хрестовина знімна, з чотирьох частин. У передній конусній частині барабана знаходяться шість гвинтових доріжок, що підводять зерно до секторів. Гвинтові доріжки в кінці барабана призначені для його відводу. Вентилятор Ц4-70 №6 охолоджувальної колонки по своєї конструкції аналогічний вентилятору сушильного барабана. Він розташований у верхній частині колонки. У вихлопному патрубку вентилятора встановлений дросель для регулювання загальної витрати повітря, що надходить для охолодження зерна. Приводний механізм сушильного барабана складається з електродвигуна потужністю 7,5 квт і частотою обертання ротора 1440 об/хв, двоступінчатого редуктора РМ-350 і привода роликів, що передають рух безпосередньо бандажам сушильного барабана. Керування всіма елементами дистанційне, для чого вся апаратура по запуску, захистові й керуванні зосереджена в станції керування. ПРИНЦИП РОБОТИ. Зерно надходить через завантажувальну камеру в сушильний барабан зерносушарки СЗСБ-8, де лопатки барабана і хрестовини підхоплюють зерно і піднімають його нагору, потім воно зсипається вниз і далі перемішується уздовж барабана. Агент сушіння, проходячи через барабан, омиває зерно, що зсипається з полиць, і висушує його. Зерносушарка працює під розрідженням щоб уникнути витоку агента сушіння через не щільності. Зчленування обертового барабана з завантажувальною і развантажувальною камерами здійснюється через лабіринтові ущільнення. Підпір зерна на виході із сушильного барабана, що створюється колодязем з люками, служить для створення необхідного заповнення барабана. Люки відкривають тільки по закінченні сушіння партії зерна для повного звільнення барабана. Заповнення барабана вологим зерно повинно бути максимальним, що відповідає приблизно 20...25 % його місткості. При недостатньому заповненні знижується продуктивність сушарки, і зерно в сушильному барабані починає перегріватися. Агент сушіння, що відробив, видаляється вентилятором, розташованим під розвантажувальною камерою сушарки. Висушене зерно безупинно через шлюзовий затвор відводиться з развантажувальної камери норією в охолоджувальну колонку. Тут зерно переміщується зверху вниз, на шляху продувається атмосферним повітрям і прохолоджується. Повітря для охолодження надходить з зовні по усій висоті перфорованої частини колонки, проходить через шар зерна у внутрішній циліндр і викидається вентилятором в атмосферу. Рух зерна в колонку порційно-періодичний. При досягненні верхнього рівня зерно давить на мембрану датчика верхнього рівня, що включає електродвигун шлюзового затвора, що випускає охолоджене зерно. У той момент, коли рівень зерна знижується до датчика нижнього рівня, електродвигун виключається і розвантаження припиняється. Рівень зерна починає підвищуватися, і цикл повторюється. Далее – по листу с разгонными характеристиками Експериментальне визначення передаточної функції Передаточну функцію теплогенератора ТГ-2.5 можна визначити із емпіричного рівняння, отриманого при експериментальній апробації повітронагрівача зерносушарки ЗСБС-8. = - 9,02 tca + (3,8G + 3,9tв + 338) (3.17) Коефіцієнт передачі визначають з достатньою для практики точністю за паспортними даними теплогенератора з виразу kмг = qB / m (3.18) де qB - продуктивність теплогенератора, кДж/год; m - витрати палива, кг/год. В зерносушарках СЗСБ-8 використовується теплогенератор типу ТГ-2,5. Приймаючи витрати палива 80 кг/год і продуктивність в межах 720 кДж/год, коефіцієнт передачі складе 5. Постійну часу теплогенератора більш точно можна отримати з розгінної характеристики, отриманої експериментально, по каналу "витрати палива -температура нагрітого повітря". Постійна часу теплогенераторів знаходиться в межах від 150 до 300 с. В нашому випадку постійна часу дорівнює 200. Час запізнення ВМ складається з часу перехідного запізнення теплогенератора та часу чистого запізнення від моменту подачі команди пуску теплогенератора до моменту включення електродвигуна головного вентилятора. Цей час обумовлений технологією пуску теплогенератора та складається з часу продування камери згоряння перед подачею палива, часу подачі, запалювання та спалаху палива і часу прогріву камери до заданої температури . Час продувки камери складає не менше ЗО с. Загальний час чистого запізнення для теплогенераторів - 50...80 с. В нашому випадку час чистого запізнення складає 50 с. Коли ми підставимо дані в передаточну функцію теплогенератора (ВМ) , то вона матиме вигляд: (лист 2.2) (3.19) Вибір засобів автоматизації та визначення їх передаточних функцій Вибір сприймаючого елемента Сприймаючий елемент вибираємо за границями вимірювання температури, а також, щоб у процесі стабілізації температури повітря 0 на заданому рівні 0О, він не вносив динамічну похибку вимірювання температури, його постійна часу ТСЕ повинна бути не меньше, ніж на порядок меншою від постійної часу об'єкта управління Тоу . Таким чином, ці умови задовольняє ТСМ 012-014 (рис.3.3). Вибір виконавчого механізму Використовуючи довідники в Internet, обираємо в якості виконавчого механізму серводвигун MK-CN.1 24V фірми KOMEXTHERM. Серводвигун створює двосторонній обертовий рух в діапазоні встановлення кулачків. Якщо він є частиною регулювального комплексу фірми KOMEXTHERM, то він живиться прямо від регулятора управління. При іншому використанні необхідно вибирати напругу серводвигуна в відповідності з засобом управління, що використовується. Період квантування знаходимо за теоремою Котельникова за допомогою амплітудно - частотної (АЧХ) замкненої неперервної частини системи при похибці 1% (рис.3.5.), використовуючи ППП MathCAD. . Отже, період квантування приймаємо Тк=1 с. Для забезпечення аперіодичного монотонного перехідного процесу доцільне застосування ПІД - алгоритму управління (регулятора) Дослідження системи Визначаємо передаточну функцію CAP розімкнутої системи Далее - рассказываешь про ICP CONы Технічна реалізація цифрового регулятора На сьогоднішній день існує багато систем та пристроїв для керування об'єктом управління, обробки і передачі інформації від датчика до пристрою керування. Але серед багатьох виробників на нашому ринку помітно виділяється фірма ІСР DAS, що є виробником систем автоматизації всіх сфер людської діяльності і має багато апаратних рішень для вирішення нашого завдання. Для даного випадку можна використати рішення на базі модулів серії ІСР CON I-7000, що має широке застосування. Для аналогового введення сигналу від датчика температури повітря можна використати наступні рішення на базі модулів серії 1-7000. Модулі аналогового введення мають у своєму складі 16-розрядний сігма-дельта аналогово-цифровий перетворювач (АЦП), керований мікропроцесором і призначений для прийому і перетворення сигналів термопар, термометрів опору, а також аналогових сигналів у вигляді струму чи напруги. Мікропроцесор виконує перетворення цифрових підрахунків аналогового сигналу, що надходять з виходу АЦП, у значення, що представляються в одному з наступних форматів: інженерні одиниці, відсотки повної шкали, додатковий код чи Ом. Після одержання запиту на передачу даних від ведучого вузла мережі на базі RS-485 мікропроцесор модуля передає відлік вхідного аналогового сигналу, представлений в одному з перерахованих форматів, на адресу ведучого вузла мережі. Модулі аналогового введення серії 1-7000 забезпечують захист ведучого вузла мережі від впливу гальванічного зв'язку, завдяки наявним у їхньому складі ланцюгам гальванічної розв'язки з напругою ізоляції 3000 В постійного струму. Модулі аналогового введення 1-7011/7011D/7013/7013D мають у своєму складі канапи дискретного введення-виведення. що можуть використовуватися для підрахунку імпульсів, фіксації дискретних подій і реалізації функцій локального дискретного керування при досягненні вхідним аналоговим сигналом попередньо заданих значень. Обидва канали дискретного виведення в цих модулях являють собою транзисторні ключі з відкритим колектором. Логічний стан кожного каналу може бути змінений по команді від керуючого комп'ютера мережі модулів ІСР CON. Це дозволяє використовувати дані канапи разом із проміжними реле для дистанційного керування силовим устаткуванням, таким як насоси, нагрівальні елементи і т.п. Канал дискретного введення кожного модуля може бути застосований для контролю положення комутаційних апаратів. що знаходяться в місці розташування модуля. Врахувавши вище сказане, для заданого об'єкту вибираємо модулем аналогового введення модуль 1-7013D, що зображений на мал.3.7.1. Аналіз роботи CAP та визначення показників якості управління Перевірку цифрової системи на стійкість виконуємо за критерієм Джурі. Для цього необхідно знайти передаточну функцію розімкнутої системи Знайдемо передаточну функцію замкненої системи Розв'яжемо характеристичне рівняння замкненої системи за допомогою ППП MathCAD Зобразимо корені на Z -площині (лист 3). Оскільки всі корені знаходяться всередині одиничного кола, то за критерієм Джурі система стійка. За допомогою ППП MathCAD складемо структурно-алгоритмічну схему цифрової системи та побудуємо перехідний процес (лист 3). З перехідного процесу визначаємо показники якості CAP: час регулювання Тр=240 с перерегулювання α=0% коливальність n=0 раз статична похибка =0. Ці показники задовольняють технологічним вимогам до процесу сушіння зерна. Расскажешь по электрической части – Обґрунтування та вибір електротехнічного обладнання Вибір шафи керування Вибір силової розподільної шафи Розрахунок і вибір пуско-захисної апаратури Вибір автоматичного вимикача Вибір електромагнітних пускачів Обгрунтування та вибір проводок Розділ 5 містить опис монтажу і наладки систем автоматичного керування Розділ 6 Містить оцінку економічної ефективності автоматизації об'єкту Автоматизація технологічних процесів має забезпечувати збільшення виробництва продукції, підвищувати продуктивність праці (зменшення витрат праці), зменшення енергоємності та собівартості продукції, терміну окупності капітальних витрат. Узагальнюючим показником капітальних вкладень в розвиток автоматизації є зведені розрахункові витрати, які враховують річні ексшгуатаційні витрати та частку капіталовкладень, що припадає на один рік з проведених розрахунків ми бачимо, чистий прибуток складає 2703,5 грн, а саме встановлення засобів автоматики окупається майже за 1 рік.