Автоматизация температурного процесса сушки. Часть 2.

Страницы:   1   2   3   4

---

1.6 Теплотехническое обоснование.

 

Производительность сушильного барабана по сухому концентрату-Gк кг/ч ;

Начальное влагосодержание концентрата -U_{о, кг. влаги/кг с.к.} ;

Конечное влагосодержание концентрата –U_{2, кг. влаги/ кг с.к.}  ;

Сушильным агентом при сушке концентрата в барабане являются дымовые газы, образующиеся от сжигания мазута.

Температура дымовых газов на входе в барабан:

T_дг^вх=1100-1200С^о

ϑ _о-температура концентрата на входе в барабан.

Тепловой расчет сушильного барабана.

Количество тепла на нагрев и испарение влаги из высушиваемого материала:

Q_c=Q_пр+Q_исп.,где

Q_пр-затраты тепла на прогрев концентрата

Q_исп-затраты тепла на испарение влаги от U_о до U₂.

Количество тепла на прогрев концентрата:

Q_пр=  G_к (C_к+СwU_о)٠(ϑ_I-ϑ_о), кДж/ч ;

υ ₁-температура концентрата, которую он принимает в процессе нагрева и с которой начинается испарение влаги.

Q_исп=М٠r=G_к(U_о-U₂)٠(2500+ϑ_I٠4,19-20,0٠ϑ₁), кДж/ч ,где

М-количество испаряемой влаги, М=С_к(U_o-U₂), ;

r-теплота парообразователя, ,которую численно можно принять r=2500

С_w-удельное тепло воды, С_w=4,19

С_пар-удельная теплоемкость пара, который образуется в порах концентрата, С_пар=2,0

Общее количество тепла Q_c=Q_пр+Q_исп

Сушка концентрата осуществляется дымовыми газами, которые образуются от сжигания мазута. При сжигании 1 кг мазута выделяется тепло, равное теплоте сгорания Q_н^р.

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется по ур.Менделеева:

Q_н^р=339С^р+1030Н^р-109(О^р-S^р)-25W^р, кДж/кг. мазута ,где

С^р, Н^р, О^р, S^р, W^р-процентное содержание химических элементов в составе топлива.

Часовой расход мазута на получение дымовых газов в топке барабана составит:

Q_c=Вт٠ Q_н^р٠ή_т ,где

Вт-часовой расход мазута подаваемый в топку;

Вт=Q_{c/Qнс٠ήτ}  , .

Для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива требуется окислитель, которым является кислород. Кислород берется из воздуха. Воздух состоит на 21%О₂ и 79%N.

Теоретический расход воздуха на 1 кг сжигаемого мазута ,V_в^о определяется по ур. Менделеева:

V_в^о=0,0889С^р+0,265Н^р+0,033S^р-0,033О₂^р ,  мЗ возд./кг. мазута

Этого теоретического расхода не достаточно, поэтому в топку подают действительное количество воздуха.

Действительное количество воздуха, подаваемое в топку на 1 кг мазута, составит:

V_в^д=αV_в^о ,

Где α-коэффициент избытка воздуха, для мазута α_м=1,1:1,15

Общее количество воздуха на сжигание мазута, поступающего в топку:

V_в=V_в^д٠Вт.

В сушильном барабане тепло передается от дымовых газов к материалу тремя способами:

излучением, конвекцией и контактным.

Уравнение Стефана-Больцмана:

Q_изм.=σ_оɛ_пр٠Fм[(Тдг/100)-(Тконц/100)⁴] ~85-90%;

Уравнение Ньютона:

Q_кон.= α_к٠ _Fм(t_дг— ϑ_п.м.) ~10% ;

Q_конт.= α_конт.٠ _Fм(t_стб— ϑ_п.м.) ~3% ;

где σ-коэффициент излучения абсолютно черного тела, σ=5,64

ɛ_пр-приведенная степень черноты системы, определяется по формуле ɛ_пр=

-абсолютная температура дымовых газов,Т_дг.=t_дг+273.

Таким образом ,для сушки заданного количества концентрата G_к необходимо сжечь в топочном устройстве расчетное количество мазута В_{т кг. мазута/ч} ,а для его сжигания подать в топку расчетный расход воздуха V_в мЗ возд/ч.

Тогда в сушильном барабане будет поддерживаться средняя расчетная температура дымовых газов t_дг=t_{дг вх}  + t_{дг вых} / 2 =200+200/2 =700С^о.[14]

2.Разработка САУ температуры газов на входе сушильного барабана

 

На рис.2.1 изображена техническая схема АСР температуры.

ОУ-объект управления;

РУ-регулирующее устройство;

ИМ- исполнительный механизм ,осуществляет перемещение затвора регулирующего органа;

ЗУ-задающее устройство, формирует задающий сигнал, определяющий требования значения выходного параметра объекта управления ;

Д-датчик температуры ,измеряет значение регулирующего параметра;

ПБР-пускатель бесконтактный реверсивный ,осуществляет преобразователь входного управляющего сигнала ,для управления исполнительного механизма ;

РО-регулирующий орган(поворотный) ,в зависимости от появления затвора ,изменяет расход вещ-ва поступающего на объект управления;

Назначение АСР-поддерживает требуемое значение регулируемого параметра на выходе управления.

3.Выбор технических средств разработанной САУ температуры газов на входе сушильного барабана

 

3.1 Датчики и исполнительные механизмы

 

Для контроля температур в топке перед сушильным барабаном используется датчик типа ТСП (термосопротивление платиновое) Метран-288 [6, 7] с пределом измерения 0-1200°С (рис. 3.1).

 

В таблице 3.1 приведены основные технические характеристики датчика температуры Метран-288 [6, 7].

Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-288 предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Использование ИПТ допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Связь ИПТ Метран-288 с АСУ ТП осуществляется:

• по аналоговому каналу – передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 мА;
• по цифровому каналу – в соответствии с HART-протоколом в стандарте Bell-202.

Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х-проводные токовые линии.

 

В таблице 3.1 приведены основные технические характеристики датчика температуры Метран-288 [6, 7].

Интеллектуальные преобразователи температуры (ИПТ) Метран-288 предназначены для точных измерений температуры в составе автоматических систем управления технологическими процессами (АСУ ТП). Использование ИПТ допускается в нейтральных, а также агрессивных средах, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким. Связь ИПТ Метран-288 с АСУ ТП осуществляется:

• по аналоговому каналу – передачей информации об измеряемой температуре в виде постоянного тока 4-20 мА;
• по цифровому каналу – в соответствии с HART-протоколом в стандарте Bell-202.

Для передачи сигнала на расстояние используются 2-х-проводные токовые линии.

Конструктивно ИПТ Метран-288состоит из первичного преобразователя и электронного преобразователя (ЭП), встроенного в корпус соединительной головки.

ЭП преобразует сигнал первичного преобразователя температуры в унифицированный выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА с наложенным на него цифровым сигналом HART в стандарте Bell-202.

Коммуникационный протокол HАRT обеспечивает двухсторонний обмен информацией между Метран-288 и управляющими устройствами:

• ручным портативным HART-коммуникатором Метран-650;
• компьютером, оснащенным HART-модемом Метран-681 и программой HART-Master;
• любым средством управления HART полевыми устройствами, например, коммуникатором 475.

Управление ИПТ осуществляется дистанционно, при этом обеспечивается настройка датчика:

• выбор его основных параметров;
• перенастройка диапазонов измерений;
• запрос информации о самом ИПТ (типе, модели, серийном номере, максимальном и минимальном диапазонах измерений, фактическом диапазоне измерений).

В Метран-288 реализована возможность выбора единиц измерения: градусы Цельсия, °С; градусы Кельвина, К; градусы Фаренгейта, F; градусы Ренкина, R; Омы; милливольты.

Таблица 3.1 – Основные технические характеристики датчика температуры Метран-288

 

Также в системе автоматизации сушильного барабана для контроля температуры по всему газовому тракту, кроме датчиков типа ТСП используются датчики типа ТСМ (термосопротивление медное) с пределом измерения 0-250°С.

Для управления клапаном подачи вторичного воздуха в топку необходим исполнительный механизм.

Исполнительные механизмы постоянной скорости предназначены для преобразования электрического сигнала управляющего устройства в перемещение рабочего органа. Исполнительные механизмы позволяют:

• автоматическое, дистанционное или ручное управление рабочим органом;
• автоматический или дистанционный останов рабочего органа в любом промежуточном положении;
• позиционирование рабочего органа в любом промежуточном положении;
• формирование информационного сигнала о конечных и промежуточных положениях рабочего органа.

На рис. 3.2 показан механизм электрический исполнительный однооборотный [18].

Принцип работы данного устройства заключается в преобразовании электрического командного сигнала поступающего от регулирующего или управляющего устройство во вращательное перемещение выходного вала.

Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Установка: выносные механизмы, устанавливаемые на специальных площадках вблизи арматуры и связанные с ней посредством рычагов и тяги

Основные технические характеристики:

• однооборотный МЭО;
• номинальный крутящий момент (усилие для МЭП) на выходном валу 6.3, 10, 12.5, 16, 25, 32, 40, 100, 250, 630, 1600, 4000, 10000 Н∙м ;
• номинальное время полного хода выходного вала 10, 12.5, 25, 30, 63, 160 сек;
• номинальный полный ход выходного вала 0,25, 0,63 об.

В таблице 3.2 приведен состав технических средств измерительных средств САУ сушильного агрегата.

 

Таблица 3.2 – Спецификация на технические средства автоматизации САУ температуры газов на входе сушильного барабана

3.2 Программируемый логический контроллер

 

Общие сведения о контроллерах серии DCS-2000 (исполнение М2)

 

Рассмотрим программируемые логические контроллеры (ПЛК) серии DCS-2000 (исполнение М2) [9], как основу программно-технического комплекса (ПТС) для автоматизации сушильной установки. Данные контроллеры производятся в России, их использование при модернизации системы автоматизации сушильного цеха входит в программу импортозамещения.

Модули серии DCS-2000 (рис.3.3) исполнения М2 предназначены для использования в распределенных и централизованных системах автоматизации.

Особенности контроллеров, построенных на базе модулей серии DCS-2000 (М2), по сравнению с аналогичными ПЛК:

• повышение производительности системы;
• оптимизация количества каналов ввода-вывода;
• удобство монтажа и обслуживания;
• «географический» способ задания адресов модулей и каркасов контроллеров;
• обеспечение резервирования источников питания, процессорных модулей и каналов передачи данных;
• использование конфигуратора для оптимизации информационного обмена между модулями;
• самодиагностика, позволяющая контролировать работоспособность модулей во время работы.

Основой конструкции контроллера, построенного на базе модулей серии DCS-2000 (М2), является каркас, содержащий кроссовую плату, обеспечивающую подключение модулей. Предусмотрено нескольких типов каркасов, содержащих от 6 до 22 позиций.

Модули адаптеры RP-31 позволяют объединять до 8 каркасов в один контроллер. Каркасы контроллера могут быть распределены по разным шкафам.

 

Каждый модуль состоит из печатной платы, корпуса, защищающего плату от механических повреждений, и лицевой панели.

Контроллер состоит из одного или двух модулей CPU (основной, резервный) и до 48 модулей УСО. Контроллеры на базе модулей серии DCS-2000 (М2) построены по модульному принципу.

С помощью интерфейсных каналов RS-485 модули УСО подключаются к модулю центрального процессорного устройства CPU. Протокол обмена – Modbus RTU, максимальная скорость обмена – до 981600 бит/с.

Широкая номенклатура модулей включает в себя несколько типов и модификаций CPU, модулей аналогового и дискретного ввода-вывода.

Два типа процессорных модулей, предназначенных для установки в каркас, предусматривают использование разных систем программирования. Модуль CPU-31, построенный на базе микропроцессора Am186CU-50 фирмы AMD, поддерживает систему программирования CONT-Designer (разработки ЗАО «ЭМИКОН»). Второй модуль CPU-32, выполненный на базе микропроцессора IPC@CHIP SC143 фирмы BECK, предназначен для использования системы программирования CoDeSys.

Модули УСО в своем составе содержат микроконтроллер типа ATmega162 фирмы ATMEL и реализуют первичное преобразование входных сигналов, освобождая, тем самым, от этого модули CPU. Модули связи с объектом снабжены устройством гальванической изоляции объектной части от системной.

Объединительным устройством модулей является кроссовая плата, содержащая:

• шины питания основного и резервного источников питания;
• шины двух интерфейсных каналов RS-485 (основного и резервного);
• сигналы сетевого адреса модуля;
• микропереключатели для задания адреса каркаса.

Датчики и исполнительные устройства подсоединяются к модулям УСО с помощью соединителей, расположенных на лицевой панели.

Кроме соединителей, на лицевых панелях модуля расположены индикаторы, отображающие состояние входов-выходов, работу интерфейсных каналов и результат самотестирования модулей.

Питание модулей контроллера обеспечивается внешними нестабилизированными источниками питания 18-36 В, которые подключаются к каркасам через модули RP-31. Возможно подключение двух источников питания: основного и резервного.

 

Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А

 

Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А [10] предназначен для работы в составе распределенных систем управления на базе программируемых контроллеров серии DCS-2000 исполнения М2 для сбора информации, обработки ее по заданным алгоритмам и выдачи управляющих команд по пяти последовательным каналам RS-485 с гальванической изоляцией и цепями грозозащиты, одному последовательному неизолированному каналу RS-232 и трем каналам Ethernet.

Модуль центрального процессорного устройства CPU-31А является восстанавливаемым и ремонтно-пригодным изделием; предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации. Рабочие условия эксплуатации:

• температура окружающего воздуха от минус до плюс  (без конденсации влаги);
• относительная влажность воздуха от при температуре плюс ;
• атмосферное давление от 84 до 107 кПа.

На рисунке 3.5 показан внешний вид модуля центрального процессорного устройства CPU-31А.

Основные технические характеристики модуля центрального процессорного устройства CPU-31А приведены в таблице 3.3.

Электропитание модуля осуществляется от нестабилизированного источника питания 18-36 В, мощность потребления не более 8 Вт. Гальваническая изоляция между внешним нестабилизированным источником питания и системным питанием составляет 1500 В.

 

Таблица 3.3 – Основные технические характеристики модуля центрального процессорного устройства CPU-31А

Модуль ввода аналоговых сигналов AI-31A

 

Модуль ввода аналоговых сигналов AI-31A [11] предназначен для работы в составе распределенных систем управления, имеет шесть дифференциальных каналов для подключения к нему по четырехпроводной схеме термометров сопротивления типа ТСМ-50, ТСП-50 или ТСМ-100, ТСП-100 и преобразования полученного входного напряжения в 12-ти разрядный цифровой код.

После преобразования и усреднения величин нескольких цифровых отсчетов, полученное значение передается по локальной сети образованной интерфейсом RS-485 (протокол Modbus).

На рис. 3.6 показан вид модуля AI-31A со стороны планки.

В зависимости от величины измеряемого сопротивления и от значения основной погрешности модуль выпускается в нескольких модификациях (таблица 3.4).

 

Таблица 3.4 – Модификации модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A

 

Для модулей AI-31A-04 и AI-31A-05 диапазон измеряемого сопротивления выбирается перемычкой на плате.

Модуль является восстанавливаемым и ремонтопригодным изделием, предназначенным для круглосуточной непрерывной эксплуатации с возможностью многократного включения и выключения электропитания в течение суток.

Рабочие условия эксплуатации модуля:

• температура окружающего воздуха от минус 25° С до плюс 60° С (без конденсации влаги);
• относительная влажность воздуха до 85% при температуре плюс 25° С;
• атмосферное давление от 84 до 107 кПа.

Основные технические характеристики модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A приведены в таблице 3.5.

 

Таблица 3.5 – Основные технические характеристики модуля ввода аналоговых сигналов AI-31A приведены

На рисунке 3.7 показан пример подключения термометров сопротивления к модулю AI-31A.

---

Страницы:   1   2   3   4