Дозирование сыпучих матриалов

Нормирующий усилитель поставляется в комплекте с блоком питания типа БП220-24/12х2. Блок питания выполнен в пластмассовом корпусе с возможностью крепления на DIN-рейку.

4.3. Датчик положения.

Датчик положения осуществляет сигнализацию положения задвижек бункера-дозатора и бункера-смесителя. Он должен обладать высокой пыле- влагонепроницаемостью.

В качестве датчика положения выбираем концевой выключатель прямого действия с толкателем, с нормально разомкнутым контактом, без задержки срабатывания типа ВП15. Поставщик: ООО "Активэнерго.РУ" 426028, г. Ижевск, ул. Степная, 6. Цена: 370,00 руб.[17] Внешний вид концевого выключателя представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Концевой выключатель прямого действия (внешний вид)

Выключатели концевые мгновенного действия серии ВП15М предназначены для применения в электрических цепях управления, сигнализации и контроля относительного положения подвижных частей механизма в пространстве.

В определенных точках пути контролируемого  объекта устанавливаются управляющие  упоры (кулачки). При достижении контролируемым объектом этих точек, кулачки осуществляют давление на рычаг концевого выключателя, размыкая контакты и разрывая электрическую цепь.

Технические характеристики концевого  выключателя ВП15 приведены в таблице 8.

Таблица 8

Ток продолжительного режима, А	10
Номинальное рабочее напряжение постоянного тока, В	12, 24, 110, 220, 440
Номинальное напряжение изоляции, В	440
Количество контактов	1з, 1р, 1з+1р
Степень защиты	IP54

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Выбор элементов системы управления.

Система управления имеет распределенную структуру с управляющим контроллером, общающимся через интерфейс связи с удаленными устройствами сопряжения с объектом (УСО). Характер структуры обусловлен технологическим заданием, а также большими расстояниями между объектами и управляющим контроллером. Данная структура позволяет сократить протяженность и количество применяемых проводов и кабелей по сравнению с централизованной системой.

5.1. Выбор контроллера.

Для обеспечения  автоматизации процесса дозирования  необходимо своевременно с достаточной скоростью обрабатывать контроллером сигналы удаленных УСО и реагировать на них.

Выбираем контроллер компании "Автоматика-С" МКТ 20.[18]

МТК20 является универсальным контроллером, обеспечивающим оптимальное решение для различных индустриальных приложений в централизованной и распределенной архитектуре системы. Концепция МТК20 полностью удовлетворяет всем потребностям диспетчеризации и малой автоматизации зданий, роботизированных комплексов и производств.

• Масштабируемость и простота конфигурации для индустриальных приложений.

Просто подключаете  новые модули к проекту.

• Поддержка протоколов ADAM4000, DCON.

Поддержка процессорными  модулями оборудования ADAM, ICP, Текон  и др.

• Простота инсталляции.

Низкий профиль  модулей позволяют размещать контроллеры на DIN-рейке в шкафах глубиной всего 100 мм.

• Индивидуальная индикация состояния каждого канала.

Даже без  средств HMI Вы видите состояние управляемого объекта.

• Удобное соединение.

Клемник-разъем позволяет проводить монтаж и  подключение кабелей в щите в отсутствии модулей. А при необходимости быстро заменять модули.

Время цикла технологической программы исполняемой в процессорном модуле до 2 мс.

К каждому контроллеру МТК20 оптимально может быть подключено до 12 разных модулей  УСО.

МТК20 хранит в энергонезависимой памяти до 200 дискретных параметров, до 200 аналоговых и до 200 счетчиков. При возможных сбоях электропитания контроллер гарантирует сохранение данных системы.

МТК20 позволяет организовывать распределенные сети большой протяженности.

Для системы управления дозированием выбираем контроллер МКТ 20023, параметры  которого приведены ниже. Внешний вид контроллера представлен на рисунке 3.

Рисунок 3 Внешний вид модуля

• Дискретный вход – 8 каналов с групповой гальванической развязкой (общий минус), 24В/8мА.
• Дискретный выход – 8 каналов с групповой гальванической развязкой 24В/2А, с защитой по I, V, T⁰C.
• Аналоговый вход – 4 канала. (0-20мА, 4-20мА, R, S, B, J, T, E, K, N, A1, A2, A3, L, M, TS-3910, TS-3850, TS-4280, TS-4260, 0-100мВ), контроль обрыва линии, основная относительная погрешность 0,075%.
• Встроенная индикация – световая индикация состояния всех дискретных каналов.
• Сеть – 2 канала RS485 (от 1200 до 115000 bps).
• Длина линии связи – до 1200м (RS485).
• Связь с периферией – 2 канала SPI.
• Протокол связи – коммуникационный протокол совместимый с ADAM4000 (DCON).
• Габариты модуля – 152*105*26,7мм (с креплением на DIN-рейку).
• Ток потребления модуля – при напряжении питания 24В, без учета нагрузки, не более 100мА.

Выполняя функции контроллера по месту управления, МТК20 может доставлять информацию на верхний уровень. Для передачи информации в заводскую сеть необходима установка OPC-сервера.

Данный процессорный модуль полностью  удовлетворяет запросам системы управления.

5.2. Выбор удаленных устройств сопряжения с объектом.

В качестве УСО необходимо подобрать  устройства управления, способные коммутировать катушки контакторов, передавать данные датчиков посредством интерфейса связи RS-485 в управляющий контроллер. Также необходимо выбрать конвертор интерфейсов для передачи данных от контроллера к ПК. Необходимое оборудование такого типа производит компания ADVANTECH, модули ввода/вывода удаленного сопряжения с объектом обладают малыми габаритами и легко монтируются в шкафу на стандартную 35-миллиметровую DIN-рейку. Поддерживают протокол ModBus/RTU.[19]

Модули релейной коммутации компании ADVANTECH

Серия ADAM-4069 – модуль с мощными релейными выходами. Внешний вид представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 – Внешний вид модуля ADAM-4069

Характеристики:

• 8 реле с нормально разомкнутым контактом;
• нагрузочная способность контактов: 250 В/ 5 A для переменного тока, 30 В/ 5 A для постоянного тока;
• время включения 5 мс;
• время выключения 5,6 мс;
• поддержка протокола ModBus/RTU.

Модули сбора данных компании ADVANTECH

Серия ADAM-4051 – модуль дискретного ввода, характеристики которого представлены ниже. Внешний вид модуля представлен на рисунке 5.

Рисунок 5 – Внешний вид модуля ADAM-4051

Характеристики:

• 16 входных каналов с гальванической изоляцией;
• входное напряжение до 50 В постоянного тока;
• напряжение изоляции 2500 В постоянного тока;
• светодиодная индикация состояния входных каналов;
• поддержка ModBus/RTU.

Серия ADAM-4017+ – 8-канальный модуль аналогового ввода. Внешний вид модуля представлен на рисунке 6.

Рисунок 6 – Внешний вид модуля ADAM-4017+

Характеристики:

• 16-разрядный АЦП;
• количество каналов: 8 дифференциальных;
• программная настройка типа и диапазона входного сигнала (мВ, В и мА);
• напряжение изоляции 3000 В постоянного тока;
• поддержка ModBus/RTU.

 

Модуль преобразователя RS-422/485 в RS-232

Серия ADAM-4522, внешний вид которого представлен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Внешний вид модуля ADAM-4522

Характеристики:

• скорость передачи до 115,2 кбит/с;
• интерфейсы: RS-232 (розетка DB-9), RS-422/485 (клеммная колодка);
• автоматический контроль направления передачи.

Поставщик: inSAT, г. Москва.[20]

Стоимость данных устройств сведена в таблице 9.

Таблица 9

модель	Стоимость, доллар США (с НДС)
ADAM-4069	185,78
ADAM-4051	124,31
ADAM-4017+	237,69
ADAM-4522	72,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Структурна схема системы управления процессом дозирования сыпучих материалов.

Оптимизация контура  веса.

Структурная схема конура веса представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Структурная схема линеаризованного контура веса.

На рисунке приняты следующие  обозначения:

 – передаточная функция регулятора веса;

 – коэффициент передачи шнека.

Разомкнутый контур веса, настроенный  на модульный оптимум, должен иметь  следующую передаточную функцию:

где – малая постоянная времени контура веса.

Для определения величины транспортной задержки рассчитаем высоту бункера-дозатора.

,

где – объем бункера-дозатора, – максимальная масса насыпаемого груза, – насыпная объемная плотность.

Через ускорение свободного падения  находим время транспортной задержки, соответствующей массе “падающего столба”.

Принимаем малую некомпенсируемую постоянную контура веса равную величине транспортной задержки шнекового питателя =0,454 с.

Протекание процессов по контуру  веса имеет медленный характер по сравнению с процессами регулируемого  электропривода. Поэтому в данной автоматической системе регулируемый привод можно представить пропорциональным звеном.

,

где i_р – коэффициент передачи редуктора;

Коэффициент шнекового питателя:

,

где – насыпная объемная плотность материала.

Передаточная функция разомкнутого контура веса рассматриваемой системы по теории Кейслера (рисунок 8) определяется следующим образом:

Она должна быть приравнена к желаемой передаточной функции разомкнутого контура. Решая полученное уравнение относительно передаточной функции регулятора веса, получаем:

Ниже на рисунке 9 представлена модель линеаризованного контура веса, разработанная в среде Matlab-7.4. и график переходного процесса (рисунок 10). Перерегулирование составило 4,3 %, что является желаемым результатом.

Рисунок 9 – Модель линеаризованного контура веса

Рисунок 10 – Результат моделирования, график переходного процесса

 

 

7. Разработка имитационной модели автоматической системы дозирования сыпучих материалов.

Имитационная модель автоматической системы дозирования сыпучих  материалов, разработанная в среде Matlab-7.4. представлена на рисунке 11.[1]

Рисунок 11 – Имитационная модель автоматической системы дозирования сыпучих материалов

Здесь красным цветом выделены блоки, моделирующие объект управления – шнековый питатель с заданной производительностью, звено транспортной задержки (время падения дозируемого материала) и интегратор (растущая масса бункера-дозатора). Оранжевым цветом выделены блоки, моделирующие преобразователь частоты: задатчик интенсивности на входе преобразователя, пропорциональное звено с коэффициентом равным 1 (заданию 50 Гц соответствует выходная частота преобразователя 50 Гц), ограничение выходной частоты на верхнем и нижнем уровнях, а также блоки, имитирующие отключение электропривода при уменьшении ошибки дозирования ниже заданного уровня. Зеленым цветом выделены блоки задания на вес, регулятор веса и блоки, моделирующие квантование сигнала задания на скорость по времени и уровню. Датчик веса в модели имеет единичный коэффициент передачи.

Ниже приведены переходные процессы дозирования 80 кг (рисунок 12,а) 800 кг (рисунок 12,б) материала. В верхнем окне показан график изменения скорости шнекового питателя. В нижнем окне: текущий вес m, задание на вес m_з и ошибка по весу δ. Наличие в системе транспортной задержки приводит к тому, что после остановки двигателя, т.е. потере управляемости системы, вес продолжает увеличиваться, как минимум, на величину массы «падающего столба» материала. Кроме того, масса столба уменьшается пропорционально скорости, предшествующей остановке шнекового питателя. По результатам моделирования можно сказать, что нижняя граница работы привода оказалась равной 20 Гц, что является достаточным для диапазона регулирования и скалярного управления выбранного преобразователя. Дозирование 800 кг длиться 55 с. Из этого можно сделать вывод, что производительность составила 52 т/ч без учета пауз в работе двигателей шнековых питателей и климатических условий.