Дозирование сыпучих матриалов

 

 

 
 
Содержание

Введение……………………………………………………………….….………6

1. Разработка функциональной схемы автоматической системы дозирования сыпучих материалов……………………………………………….………..…….7

2. Расчет мощности двигателей шнековых питателей. Выбор двигателя..........9

3. Выбор силового электрообрудования…………………………………….....11

3.1. Выбор преобразователя частоты..…………………………..….…...…11

3.2. Выбор контакторов……...………………………………..……………13

3.3. Выбор источников питания……………………………….……………14

3.4. Выбор автоматических выключателей….……………………………..14

3.5. Выбор шкафов…………………………………………………………..15

3.6. Выбор кабелей…………………………………………………………..16

4. Выбор датчиков и элементов измерительной системы.………..…………..18

4.1. Датчик веса..….….….……….……….…….…….…..…….……..18

4.2. Нормализатор…………………….………………………..............18

4.3. Датчик положения..…………….………………………………..……...19

5. Выбор элементов системы управления……..……………………………….21

5.1. Выбор контроллера…..……….……….…….…….…..…….……..21

5.2. Выбор удаленных устройств сопряжения с объектом.…...............23

6. Структурна схема системы управления процессом дозирования сыпучих материалов. Оптимизация контура веса………………………………….…….26

7. Разработка имитационной модели автоматической системы дозирования сыпучих материалов………………………………..……………………………27

Заключение……………………………………………………………….….…...30

Список литературы…………………………………………………...…….....…31

Приложение …………………………………………………………………...…33

 

Введение

Дозирование применяется в любом  виде промышленности, так или иначе связанной с переработкой и транспортировкой сырья. Эффективность использования сырьевой базы в промышленности во многом зависит от точности дозирования компонентов. При этом и качество выпускаемой продукции также в большей степени зависит от точности состава компонентов. В настоящее время технические базы отечественных предприятий как морально, так и технически устарели и не являются конкурентно способными в производстве высококачественной продукции. Характерными примерами могут служить комбикормовая, металлургическая и химическая промышленности. Некоторые виды производства, такие как производство медикаментов требуют высокой точности дозирования компонентов.

Перспективные направления развития технической базы представленных выше промышленностей предусматривают техническое перевооружение и реконструкцию с созданием компактных, легко управляемых технологий с минимальным числом сырьевых потоков. Такие технологические схемы позволят управлять технологическими процессами с помощью микропроцессорных электронно-вычислительных машин на основе математических методов, а впоследствии использовать в целом автоматические системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Автоматизация процессов производства приводит к усложнению технической базы и в тоже время к облегчению управлением производством. При этом важным показателем автоматизации процессов является скорость их выполнения или другими словами производительность системы. Снижение затраченного времени на выполнение любой операции приводит к ускорению процесса и, следовательно, к повышению производительности.

Повышение производительности и точности процесса дозирования с помощью автоматизированной системы приводит к повышению качества и количества выпускаемого продукта.

 

1. Разработка функциональной схемы автоматической системы дозирования сыпучих материалов

Технологический процесс дозирования и смешивания широко используется в пищевой, строительной, фармацевтической и т.д. отраслях промышленности для приготовления ответственных и дорогостоящих смесей. Автоматизация технологического процесса направлена на оптимизацию системы по критериям максимальной производительности при заданной точности дозирования. Так как получение качественной и конкурентоспособной  продукции возможно только при автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов.[1]

Функциональная схема автоматизации процесса дозирования и смешивания сыпучих материалов представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1 – Функциональная схема автоматизированной системы дозирования и смешивания

В состав оборудования входят:

• 6 расходных бункеров (РБ), содержащих дозируемые компоненты;
• 6 шнековых питателей (ШП);
• бункер-дозатор грузоподъемностью до 5000 кг, установленный на 3-х тензодатчиках (ТДВ);
• бункер-смеситель, оснащенный асинхронным двигателем смесителя мощностью 15кВт и двигателем рыхлителя;
• транспортная подсистема отгрузки готовой продукции.

В целом объект автоматизации включает в себя 11 асинхронных электродвигателей мощностью от 0,75 кВт до 15 кВт.

Материал поочередно поступает из расходных бункеров в бункер-дозатор, где в соответствие с заданным весом (рецептом) осуществляется дозирование. Сигнал пропорциональный текущему весу снимается с 3 тензодатчиков и поступает в нормирующий усилитель (НСУ) где суммируется, нормируется в стандартный сигнал напряжения и в таком виде поступает в устройство сопряжения с объектом (УСО 3), с помощью которого происходит общение с контроллером через интерфейс связи RS-485. По окончании процесса дозирования всех компонентов масса поступает в бункер-смеситель. В нем происходит смешивание компонентов до однородной массы. Время смешивания зависит суммарной массы компонентов. Готовая смесь поступает на транспортер отгрузки готовой продукции. Управление двигателями шнековых питателей ведется от одного преобразователя частоты через модуль релейной коммутации (УСО1) по сигналу микроконтроллера через RS-интерфейс. Двигатель смесителя (М8), рыхлителя (М9) и двигатель задвижки бункера-смесителя подключаются к сети через модули релейной коммутации УСО4, двигатель транспортера готовой продукции (М11) – через УСО6, которые управляются от микроконтроллера через RS-интерфейс. Обратные сигналы с концевых выключателей, сигналы состояния контакторов сообщаются контроллеру посредством УСО 2,УСО 5, УСО 7 также через интерфейс связи.

 

2. Расчет мощности двигателей шнековых питателей.

Выбор двигателя.

При проектировании системы дозирования  сыпучих материалов, необходимо правильно выбрать мощность двигателя и скорость вращения шнекового питателя.

По техническому заданию на проектирование известны параметры механизма и желаемая производительность системы. Производительность шнекового питателя прямо пропорциональна скорости вращения механизма и находится по формуле:

(м³/ч) (*),

где

D – внешний диаметр шнека;

d – диаметр вала;

S – шаг винта шнека;

n – скорость вращения шнекового питателя;

j – коэффициент производительности. [2]

Для горизонтального шнека пассивная  область целиком размещается  на шнеке при условии S/D≤1 и следовательно применима формула:

Из формулы (*) можно определить скорость вращения шнекового питателя для получения необходимой производительности механизма.

Величина пассивной поверхности  на шнеке

где – угол трения материала о поверхность шнека (таблица 2).

Площадь витка винта

,

где R – радиус винта.

Коэффициент производительности

.

Секундная производительность

 м³/с,

где w – угловая скорость вращения шнекового питателя.

Удельный расход энергии

 кг×м/м³,

где m=0,8 – коэффициент трения, L – длина шнека, – насыпная объемная масса материала (кг/м³) (таблица 2).

Мощность на валу привода

 кВт.

По каталогу компании OOO "ТЕХПРИВОД" выбираем асинхронный двигатель Р_н³N.[3]

Выбираем цилиндрический двухступенчатый соосный мотор-редуктор типа 4МЦ2С производства ООО “Подольск-привод” стоимостью 30450 руб. Основные технические характеристики представлены в таблице 3.

Таблица 3

Pн, кВт	n2, мин-1	M2, Нм	i	Межосевое расстояние, мм	Тип электродвигателя
7,5	355	195	8	100	АИРМ112М2Р3

Подробнее технические характеристики представлены в Приложении 1.

3. Выбор силового электрообрудования.

3.1. Выбор преобразователя частоты.

По условию технологического проекта  двигатели шнековых питателей запитываем от преобразователя частоты последовательно, поэтому мощность преобразователя частоты должна соответствовать мощности выдранного двигателя.

Также преобразователь частоты  должен иметь возможность дистанционного управления по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS), управление по частотной характеристике U/f. Выбранный закон управления обеспечивает необходимый диапазон и точность регулирования привода.

Исходя из определенных выше условий, выбираем преобразователь частоты общепромышленного применения компании ПФК Веспер серии ЕI – 7011 типа 010Н.[4]

Технические характеристики:

• полная защита двигателя;
• встроенный ПИД-регулятор;
• управление по вольт-частотной характеристике U/f;
• язык команд пульта управления – русский;
• аналоговые и цифровые входы/выходы для регулирования и дистанционного управления;
• возможность дистанционного управления и мониторинга по RS-232/RS-485 (протокол MODBUS);
• питание 380 В, 50 Гц.

Широко используются в технологическом оборудовании, где применяется управляемый электропривод: смесителях, дозаторах, производственных линиях, системах водоснабжения, вентиляции, дымососах, подъемно-транспортном и т.п. оборудовании.

Преобразователи предназначены для  управления общепромышленным приводом, которому не требуется высокоточное поддержание скорости (±2%) и/или момента на валу двигателя (привод станочного оборудования, транспортеры, конвейеры, грузоподъемные механизмы). Таким образом, данная модель преобразователя частоты удовлетворяет техническому проекту.

Основные технические данные приведены  в таблице 4.

 

 

 

Таблица 4

Модель EI – 7011 - 010H
Максимальная выходная мощность (мощность применяемого электродвигателя), кВт		7,5
Выходные характеристики	Полная мощность преобразователя, кВА	10
	Номинальный выходной ток, А	18
	Максимальное  выходное напряжение	Трехфазное 380…460 В (пропорционально входному напряжению)
	Номинальная выходная частота	Вплоть до 400 Гц (достигается посредством программирования)
Источник питания	Номинальное входное напряжение и частота	Трехфазное 380…460 В  50/60 Гц
	Допустимые колебания входного напряжения	+ 10%, - 15%
	Допустимые колебания частоты входного напряжения	± 5%

 

Данная модель имеет встроенный тормозной прерыватель и один тормозной резистор сопротивлением 80 Ом. Встроенный модуль интерфейса RS-485 в комплекте с соединительным шлейфом поставляется при заказе.

Поставщик: ГРУППА КОМПАНИЙ РУСЭЛТ, стоимость: 28500 руб.[5]

 

3.2. Выбор контакторов.

Выбор контакторов осуществляется по номинальной мощности и/или  номинальному току двигателей, а также напряжению питания катушки контактора равному напряжению питания сети 220 В, возможностью установки/наличию дополнительного нормально замкнутого контакта.

В соответствии с приведенными требованиями выбираем контакторы серии КМИ компании IEK.