Меню Услуги

Автоматизация температурного процесса сушки. Часть 2.

Страницы:   1   2   3   4

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут! Без посредников!

1.6 Теплотехническое обоснование.

 

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

Начальное влагосодержание концентрата -Uо, кг. влаги/кг с.к. ;

Конечное влагосодержание концентрата –U2, 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:

Tдгвх=1100-1200Со

ϑ о-температура концентрата на входе в барабан.

Тепловой расчет сушильного барабана.

Количество тепла на нагрев и испарение влаги из высушиваемого материала:

Qc=Qпр+Qисп.,где

Qпр-затраты тепла на прогрев концентрата

Qисп-затраты тепла на испарение влаги от Uо до U2.

Количество тепла на прогрев концентрата:

Qпр=  Gк (Cк+СwUо)٠(ϑIо), кДж/ч ;

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

Qисп=М٠r=Gк(Uо-U2)٠(2500+ϑI٠4,19-20,0٠ϑ1), кДж/ч ,где

М-количество испаряемой влаги, М=Ск(Uo-U2), ;

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

Сw-удельное тепло воды, Сw=4,19

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

Общее количество тепла Qc=Qпр+Qисп

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

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

Qнр=339Ср+1030Нр-109(Ор-Sр)-25Wр, кДж/кг. мазута ,где

Ср, Нр, Ор, Sр, Wр-процентное содержание химических элементов в составе топлива.

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

Qc=Вт٠ Qнр٠ήт ,где

Вт-часовой расход мазута подаваемый в топку;

Вт=Qc/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 ,Vво определяется по ур. Менделеева:

Vво=0,0889Ср+0,265Нр+0,033Sр-0,033О2р ,  мЗ возд./кг. мазута

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут!Без посредников!

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

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

Vвд=αVво ,

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

Общее количество воздуха на сжигание мазута, поступающего в топку:

Vв=Vвд٠Вт.

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

излучением, конвекцией и контактным.

Уравнение Стефана-Больцмана:

Qизм.оɛпр٠Fм[(Тдг/100)-(Тконц/100)4] ~85-90%;

Уравнение Ньютона:

Qкон.= αк٠ Fм(tдг— ϑп.м.) ~10% ;

Qконт.= αконт.٠ Fм(tстб— ϑп.м.) ~3% ;

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

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

-абсолютная температура дымовых газов,Тдг.=tдг+273.

Таким образом ,для сушки заданного количества концентрата Gк необходимо сжечь в топочном устройстве расчетное количество мазута Вт кг. мазута/ч ,а для его сжигания подать в топку расчетный расход воздуха Vв мЗ возд/ч.

Тогда в сушильном барабане будет поддерживаться средняя расчетная температура дымовых газов tдг=tдг вх  + tдг вых / 2 =200+200/2 =700Со.[14]

2.Разработка САУ температуры газов на входе сушильного барабана

 

На рис.2.1 изображена техническая схема АСР температуры.

Рис. 2.1 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).

Рис. 3.1 – Датчик контроля температуры Метран-288

 

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:

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут! Без посредников!
  • 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.

Характеристика Значение, пояснение
Первичный преобразователь N (ТНН)
Диапазон измерений,
Входные сигналы сенсоров (количество каналов) 1
Диапазон длин первичного преобразователя, мм
Возможный протокол обмена данными/выходной сигнал измерительного преобразователя
Межповерочный интервал 1 год
Основная погрешность измерительного преобразователя или

Погрешность сборки

Встроенная защита от скачков напряжения Нет
Тип монтажа В головке
Диапазон температур окружающей среды, (опция )
Степень пылевлагозащиты IP65
Виды исполнений по взрывозащите Exi и Exd
Гальваническая развязка (вход/выход) Есть
ЖКИ (отображение измеряемой величины) Нет
Функция диагностики Стандартная диагностика HART

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.

Рис. 3.2 – Механизм электрический исполнительный однооборотный МЭО

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.

 

Позиция Наименование и техническая характеристика оборудования Тип, марка оборудования Завод-изготовитель Количество
TT

6-1

Интеллектуальный преобразователь температуры.

Диапазон измерения .

Выход – 4-20 мА, HART.

Метран-280 ПГ «Метран», Россия, г. Челябинск 1
TV

6-2

Исполнительный электрический механизм МЭО-1600/25-0,25у-92к ООО «ПКП Чебоксарыэлектропривод» 1

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.

Рис. 3.3 – Модульный ПЛК DCS-2000

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.

Рис. 3.4 – Каркас для подключения модулей

 

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.

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут!Без посредников!

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 [email protected] 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.

Рис. 3.5 – Внешний вид модуля центрального процессорного устройства CPU-31А

 

Характеристика Величина Примечание
Тип процессора Am186CU-40KI AMD
Тактовая частота, МГц 50
Объем памяти операционной системы, Кбайт 64 FLASH
Объем памяти программ пользователя, Кбайт 512 FLASH
Объем памяти данных, Кбайт 128 Low Power CMOS SRAM
Интерфейс модуля расширения, Кбайт 128
Количество внешних уровней прерывания 6
Количество программируемых 16-битных таймеров 3
Количество каналов низкоскоростных последовательных интерфейсов RS232 (до 15 м) 1 Скорость до 115200 бод,

ASYNC

Количество каналов низкоскоростных последовательных интерфейсов RS485, (128 нагрузок, до 1,5 км на максимальной скорости обмена) 1 Скорость до 460800 бод,

ASYNC, FIFO,

с гальванической изоляцией (1500 В) и цепями грозозащиты

Количество каналов высокоскоростных последовательных интерфейсов RS485, (128 нагрузок, до 0,3 км на максимальной скорости обмена) 4 Скорость до 2,304 Мбод,

ASYNC, BISYNC, SDLC, с гальванической изоляцией (1500 В) и цепями грозозащиты

Количество каналов Ethernet 3 10/100 Base TX half/full duplex operation
Количество каналов USB-B 1 До 12 Мбод, v1.0
Масса модуля, кг, не более 0,4

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.

Рис. 3.6 – 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).

 

Обозначение Наименование Диапазон измеряемого сопротивления, Ом Основная приведенная к диапазону измерений погрешность преобразования, %
AI-31A АЛГВ.426431.073 40…90
AI-31A-01 АЛГВ.426431.073-01 80…180
AI-31A-02 АЛГВ.426431.073-02 40…90
AI-31A-03 АЛГВ.426431.073-03 80…180
AI-31A-04 АЛГВ.426431.073-04 40…90 или 80…180
AI-31A-05 АЛГВ.426431.073-05 40…90 или 80…180

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.

 

Наименование параметра Значение параметра
Количество каналов ввода

Диапазон измеряемого сопротивления, Ом

6

40-90 или 80-180

Время коммутации канала мкс, не более

Время преобразования мкс, не более

Разрядность аналого-цифрового преобразования, бит

Основная погрешность преобразования, приведенная к диапазону измерений, %, не более

Дополнительная температурная погрешность, %/° С

100

10

12

 

±0,1 или ±0,2

±0,01

Масса модуля, кг, не блоее 0,3
Габаритные размеры модуля, мм 170х130х30
Интерфейс RS-485
Количество каналов интерфейса 2
Протокол Modbus
Напряжение питания модуля 18…36 В
Гальваническая развязка между изолированными частями модуля, В, не менее 1000

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.

Рис. 3.7 – Пример подключения термометров сопротивления к модулю AI-31A

Узнай стоимость написания такой работы!

Ответ в течение 5 минут! Без посредников!

Страницы:   1   2   3   4