Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация технических процессов в химической промышленности

Подождите немного. Документ загружается.

асинхронных двигателей эта задача решается выбором двига-

теля с соответствующим числом оборотов вала; в случае же

применения турбопривода — использованием центробежного ре-

гулятора прямого действия, изменяющего подачу пара к нему.

Главный регулируемый параметр таких сушилок — темпе-

ратура отработанного сушильного агента. Регулирующее воз-

действие вносится изменением расхода суспензии, так как за-

паздывания по этому каналу незначительны. Так, влажность

высушенного материала и температура отработанного сушиль-

ного агента при изменении расхода суспензии изменяются че-

рез 30 с, а при изменении расхода и начальной температуры су-

шильного агента — через 130 с. Для ликвидации возмущений от

изменения начальной температуры и расхода сушильного аген-

та эти параметры стабилизируют. Чувствительный элемент ре-

гулятора расхода устанавливают после пылеочистных устройств,

так как сушильный агент в сушилках этого типа содержит

большое количество твердой фазы.

Во всех схемах управления дисковыми сушилками необходи-

мо контролировать число оборотов диска. Для этого можно при-

менить устройства с постоянным магнитом, установленным на

рабочем валу диска. Сигнал от такого устройства может быть

использован для регулирования или блокировки, например для

прекращения подачи суспензии при уменьшении числа оборотов

ниже предельного.

Регулирование сушилок кипящего слоя (КС). При автома-

тизации сушки в кипящем слое основным показателем процесса

является температура в слое, и только в случае крупных устано-

вок, когда температура по высоте слоя меняется, лучше в каче-

стве такого показателя брать температуру сушильного агента

Рис. 4.54. Схема регулирования процесса в сушилках с кипящим слоем:

•' — сушилка; 2 — кипящий слой; 3 —решетка; 4 — топка; 5 — промежуточный бункер; 6 —

питатели; 7 — вариаторы; 8 — электродвигатели; 9 — циклон.

.199

на выходе, которая соответствует средней температуре материа-

ла в слое. Регулирующие воздействия при стабилизации тем-

ператур могут осуществляться изменением расхода влажного

материала или сушильного агента, а также изменением темпе-

ратуры последнего. Более предпочтителен первый вариант

(рис. 4.54), так как изменение параметров сушильного агента

можно производить только в определенном, довольно узком диа-

пазоне (температуры — ввиду терморазложения материала,

расхода — вследствие повышенного уноса частиц с сушильным

агентом). Первый способ предполагает наличие между сушил-

кой и предыдущим технологическим процессом промежуточного

бункера с определенным запасом материала. Для предотвра-

щения сводообразования и зависания материала в бункере

предусматривают автоматические устройства, которые осуществ-

ляют встряхивание через определенные промежутки времени.

Нормальная работа сушилок КС возможна только при опре-

деленной высоте кипящего слоя. С целью поддержания задан-

ного значения этого параметра стабилизируется гидродинами-

ческое сопротивление слоя, т. е. перепад давлений до и после

решетки, воздействием на вариатор электродвигателя питателя

сухого материала. Можно регулировать перепад давлений и из-

менением расхода сушильного агента, однако при этом темпе-

ратура в кипящем слое будет сильно колебаться.

Кроме этих регуляторов предусматриваются стандартные

узлы регулирования разрежения, начальной температуры су-

шильного агента, его расхода, соотношения расходов топлива

и первичного воздуха.

Регулирование вихревых и аэрофонтанных сушилок. По гид-

родинамическим и тепловым режимам этот тип сушилок подо-

бен сушилкам КС, поэтому регулирование их аналогично. Ос-

новными регуляторами, в частности, являются регулятор тем-

пературы фонтанирующего слоя и регулятор перепада давле-

ния.

Регулирование контактных (барабанных и вальцовых) су-

шилок. Процесс сушки в аппаратах такого типа обусловлен

температурой греющей поверхности, которую и используют в ка-

честве основной регулируемой величины. Если невозможно из-

мерить влажность сок, то измеряют температуру вращающейся

теплопередающей поверхности с помощью специальных кон-

тактных устройств.

Регулирующее воздействие в контактных сушилках может

вноситься изменением расхода теплоносителя или исходного ма-

териала, а также изменением скорости вращения барабана. Бо-

лее предпочтителен второй способ вследствие больших запаз-

дываний при изменении расхода теплоносителя и ограниченного

применения регулируемого привода барабана. Температуру

теплоносителя стабилизируют.

Иногда одноконтурное регулирование процесса контактной

сушки только по температуре поверхности или по конечной

.200

рас. 4,55. Блок-схема свя-

занной системы регулиро-

вания вальцовой сушилки:

j барабан; 2 — лента сухого

материала; и — измеритель

влажности; тг — тахогенератор;

ру — регулирующее устройство.

4-1

[г-н

йш

JUL.

влажности материала недостаточно. Тогда используется свя-

занное регулирование.

На рис. 4.55 представлена структурная схема многоконтур-

ной системы регулирования вальцовой сушилки, в которой

управляющее воздействие — изменение скорости вращения ба-

рабана — формируется в зависимости от влажности материа-

ла 0)к> скорости вращения барабана V и их производных по

времени.

Регулирование радиационных сушилок. При регулировании

процесса сушки в радиационных сушилках в качестве основной

регулируемой величины используется косвенный показатель:

температура поверхности излучателя или же температура отра-

ботанного сушильного агента. На рис. 4.56 показан один из ва-

риантов регулирования процесса. Кроме регулятора темпера-

туры излучателя в схеме предусмотрены регулятор соотноше-

ния расходов топлива и воздуха и регулятор влажности отра-

ботанного сушильного агента.

Радиационные сушилки работают при высоких температу-

рах, что повышает требования к ним в отношении техники без-

опасности. Система автоматического управления этими сушил-

ками должна обеспечивать автоматическое зажигание горелоч-

ных устройств топки, определенную последовательность пуска

и остановки отдельных устройств установки и т. д.

Регулирование сушилок при использовании токов высокой

частоты. При сушке токами высокой частоты в качестве регу-

лируемой величины целесообразно брать температуру материа-

ла. Термоэлектрический термометр вводится внутрь материа-

ла. Для предохранения измерительного прибора от воздействия

Рис. 4.56. Схема регулиро-

вания радиационной сушил-

ки:

/ — топка; 2 — излучатель; 3 —

конвейер; 4 — корпус.

Отработанный сушильный

агент

Первичный

воздух

- ^ ^

Топливо

ОП 1

токов высокой частоты в соединительных проводах термочувст-

вительного элемента устанавливают высокочастотные фильтры.

Регулирующее воздействие вносится изменением напряжения

на рабочем конденсаторе.

Регулирование сушилок периодического действия. Оконча-

ние процесса сушки можно легко определить по достижению

равновесного значения влажности материала, что характеризу-

ется равенством температур материала и сушильного агента.

Для измерения этих температур устанавливают два термочув-

ствительных элемента, включают их по дифференциальной схе-

ме и при достижении разности между ними заданного значе-

ния осуществляют при помощи переключающего устройства

смену операции сушки на операцию разгрузки.

Оптимизация процесса сушки с помощью вычислительной

техники. Оптимизирующие управляющие системы целесообраз-

но применять в сушилках с высокоэффективными способами

сушки, например с сушкой в кипящем слое. В сушилках с боль-

шой инерционностью поиск экстремальных значений затягива-

ется, а качество регулирования не улучшается по сравнению с

регулированием по обычным схемам.

В качестве критерия оптимальности сушки выбирают, как

правило, количество влаги W, удаляемой из материала в едини-

цу времени:

^=О

(0)

-С0к)

Текущие значения расхода сухого материала G

и влажностей

(Он и (о

подаются на вычислительное устройство, рассчитываю-

щее критерий оптимальности. Выходной сигнал с этого устрой-

ства поступает на экстремальный регулятор, который изменяет

поочередно расходы сушильного агента и влажного материала,

отыскивая оптимальные значения критерия. При работе экст-

ремального регулятора вводится ограничение по минимальной

влажности

сок-

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Перемещение твердых материалов

Типовое решение автоматизации (рис. 4.57). В качестве объек-

та управления процессом перемещения твердых материалов

примем ленточный транспортер, перемещающий сыпучий мате-

риал. Показателем эффективности этого процесса является

расход транспортируемого материала, а целью управления бу-

дем считать поддержание заданного значения расхода. В связи

с тем что все возмущения на входе в объект (изменение гра-

нулометрического состава материала, его влажности и насып-

ной массы, проскальзывание ленты транспортера и т. п.) уст-

ранить невозможно, расход материала следует принять в каче-

.202

рис. 4.57. Типовая схема авто-

матизации процесса перемеще-

нИ

я сыпучих материалов:

бункер; 2 — дозатор; 3— вариа-

тор: 4 — ленточный транспортер;

Б — наличие материала на ленте.

стве регулируемой вели-

чины и регулировать его

корректировкой работы

дозировочных устройств

(см. с. 208).

Контролю подлежат

расход перемещаемого

материала и количество

потребляемой приводом электроэнергии. При резком возраста-

нии тока электродвигателя транспортера, например в случае

заклинивания ленты, должны сработать устройства сигнализа-

ции и защиты. Последние отключают электродвигатель.

В связи с возможностью засорения отдельных участков

транспортной системы посторонними включениями (комками, на-

липшим материалом) и опасностью выхода из строя отдельных

элементов транспортера контролируется и сигнализируется так-

же наличие потока материала с помощью специального дат-

чика.

Необходимо заметить, что типовые решения автоматизации

ленточного транспортера при перемещении штучных грузов

аналогичны, но в качестве регулируемой величины в этом слу-

чае следует принять число единиц груза в единицу времени, а

регулирующее воздействие осуществлять корректировкой рабо-

ты погрузочных устройств.

Различные цели управления процессом перемещения. В за-

висимости от требований, предъявляемых следующим по ходу

| патериал

Мат ер а а/! аз

дозатора

Рис. 4.58. Схема весоизмерительных

транспортеров:

/ — транспортер; 2 — щуп; 3 — чувствительный

элемент; 4 — рама; 5 — неподвижные вспомо-

гательные ролики; 6 — измерительный ролик.

К измерительному

I ^ прабору

.203

перемещаемого материала технологическим процессом, перед

транспортным устройством могут ставиться разные задачи.

1. Стабилизация усредненного во времени расхода. Эта за-

дача ставится наиболее часто и решается применением сравни-

тельно простых устройств.

На рис. 4.58 показаны схемы, обеспечивающие измерение

среднего расхода за определенный промежуток времени. Прин-

цип действия указанных устройств основан на измерении уси-

лий, возникающих под действием веса материала. Усилия F,

воспринимаемые щупом от транспортера и передающиеся на

преобразователь, могут быть рассчитаны по уравнению

F = Fpgx = VpgL/v

где V — объемный расход материала; р — плотность материала; g— ускоре-

ние свободного падения; т — время усреднения; L — длина воспринимающей

усилие ленты; v — скорость ленты.

В промышленности используют несколько вариантов конст-

рукций приборов измерения усредненного за определенный про-

межуток времени расхода: с установкой всей рамы транспорте-

ра на чувствительном элементе (рис. 4.58, а); с размещением

одного конца рамы на элементе, а другого — на подвижной

опоре, которая может перемещаться вдоль рамы и тем самым

изменять усилие, поступающее на элемент (рис. 4.58,6); с вы-

делением на транспортере расходно-измерительного участка,

длину которого молено менять перемещением роликов (рис.

4.58, в).

2. Поддержание заданного мгновенного значения расхода.

Эту задачу решить значительно труднее, во-первых, вследствие

флуктуаций расхода, вызванных изменением проходного сече-

ния дозатора при прохождении через него материала, и, во-вто-

рых, ввиду сложности измерения мгновенного расхода. Для из-

мерения мгновенного расхода используются сложные устройст-

ва, в которые входят элементы вычислительной техники.

3. Обеспечение определенного суммарного количества мате-

риала за определенный цикл работы. Такую задачу требуется

решать, например, при составлении шихты, упаковке опреде-

ленных порций материала и т. д. В качестве устройств, приме-

няемых для отвешивания определенной порции материала, ис-

пользуют автоматические весы, обеспечивающие взвешивание

материала, загрузку и разгрузку бункера.

Внесение регулирующих воздействий изменением скорости

транспортера. Когда между бункером и транспортером отсутст-

вует дозатор, режим работы которого определяет поступление

материала на ленту, расход материала будет зависеть от ско-

рости ленты. При такой технологической схеме регулирующие

воздействия могут быть реализованы изменением скорости лен-

ты. Самым распространенным способом изменения скорости яв-

ляется использование электромагнитных муфт, систем с преоб-

разованием частоты тока и двигателей постоянного тока.

.204

с. 4.59. Электрическая

схема управления электро-

двигателем пульсирующего

транспортера.

~220в

Системы автоматического управления транспортерами. Авто-

матические устройства управления транспортерами должны

обеспечить не только регулирование расхода перемещаемого

груза, но и автоматический пуск, остановку, а в отдельных слу-

чаях и реверсирование электродвигателей этих транспортеров.

Сигналы на осуществление той или иной операции могут по-

ступать от командного прибора или от путевых выключателей

и реле скорости. Применяют и комбинированные системы, на-

пример систему управления пульсирующим транспортером.

Пульсирующий транспортер должен доставить изделие к аппа-

рату, прекратить работу на некоторый промежуток времени,

необходимый для загрузки изделия в аппарат, включиться

вновь и работать до того момента, пока следующее изделие не

достигнет аппарата. Электрическая схема, с помощью которой

автоматически производится смена операций, представлена на

рис. 4.59.

Первоначальный пуск транспортера осуществляется нажати-

ем кнопки S2. Цепь катушки К1 магнитного пускателя замыка-

ется. Своим контактом К1.4 он блокирует кнопку S2, а контак-

тами К1Л — К1.3 замыкает силовую цепь электродвигателя

транспортера М. Двигатель начинает работать, транспортер

приходит в движение. При достижении изделием аппарата сра-

батывает конечный выключатель, на который воздействует упор

ходовой части транспортера. Положение упора на ленте строго

соответствует положению изделия. Контакт S4.1 конечного вы-

ключателя разрывает цепь пускателя К1, и двигатель М вы-

ключается; контакт конечного выключателя S4.2 замыкает цепь

реле времени К4. Таким образом, останов транспортера может

произойти только в том случае, если изделие будет находиться

напротив аппарата, т. е. управление осуществляется в зависи-

мости от состояния объекта.

По истечении определенного промежутка времени контакт

К4.2 реле замкнется, и катушка пускателя К1 вновь попадет

.205

под напряжение, так как контакт S4.1 блокирован контактом

К4.1. В данном случае пуск транспортера осуществляется по

заранее заданной программе путем соответствующей настройки

реле времени независимо от того, успели загрузить изделие в

аппарат или нет.

Управление поточно-транспортными системами. Для обслу-

живания одного технологического процесса часто необходимо

установить несколько транспортных устройств. Комплекс меха-

низмов и машин, предназначенных для транспортировки мате-

риалов в едином технологическом процессе, называется поточ-

но-транспортной системой (ПТС). В связи с тем что работа

всех транспортных установок ПТС подчинена одной цели —

обеспечению непрерывного и бесперебойного протекания основ-

ного процесса, — автоматизацию их следует вести по общей

схеме. Естественно, что системы управления комплексом меха-

низмов строятся с учетом всех требований, предъявляемых к

схемам отдельных транспортных установок, и, кроме того,

должны удовлетворять ряду дополнительных требований. При-

ведем основные из них.

Схему управления следует составлять не для всей ПТС (ко-

торая может включать несколько десятков механизмов), а для

отдельных трактов или участков. Участком называется часть

ПТС, предназначенная для выполнения отдельного технологи-

ческого процесса; границами участка обычно являются емкости.

Тракт — это часть участка, механизмы которого могут быть

включены независимо от остальных механизмов участка. Схе-

ма управления трактом должна быть автономной: пуск отдель-

ного тракта не должен отражаться на работе соседних. Внутри

тракта выбирается головной механизм, который должен вклю-

чаться первым. Пуск его — единственная ручная операция при

управлении трактом. В качестве головного выступает последний

по потоку материала механизм. Все остальные механизмы

должны включаться автоматически в такой последовательно-

сти, чтобы не было завалов механизмов транспортируемым ма-

териалом. Последнее условие соблюдается с помощью блоки-

ровочных связей, обеспечивающих последовательность пуска

механизмов в направлении, обратном потоку материалов, а ос-

тановку какого-либо механизма — только после остановки

предшествующих механизмов (по потоку материала).

Электрическая схема управления ПТС должна обеспечивать

три режима работы механизмов. Основным является централи-

зованный сблокированный режим. Централизованное управле-

ние крайне затруднено, так как механизмы участков не видны

из помещения операторной. В связи с этим появляется необхо-

димость в установке автоматических устройств, по показаниям

которых оператор может судить о ходе технологического про-

цесса и состоянии оборудования. Непосредственно на механиз-

мах устанавливают датчики, которые контролируют их состоя-

ние (пущены ли они, в каком режиме работают, в каком поло-

.206

зкении находятся их рабочие органы, есть ли материал на

транспортерах и в бункерах, какова скорость вращения рабо-

чих валов). В качестве датчиков используются магнитные пу-

скатели, реле скорости, ваттметры, тахогенераторы, уровнеме-

ры, реле наличия и движения материала, путевые и конечные

выключатели. Информация от датчиков поступает в оператор-

ную на вторичные приборы и лампочки, которые вводятся, как

правило, в мнемосхему ПТС.

Механизмы перед включением должны быть приведены в го-

товность, поэтому схему управления ПТС следует построить

так, чтобы централизованный пуск ее можно было осуществ-

лять только после разрешения из цеха.

При местном не сблокированном режиме пуск и останов ме-

ханизмов может быть произведен в цехе с помощью кнопки, не-

зависимо от состояния соседних механизмов. Такой режим на-

зывают также ремонтным, так как он используется в основном

для опробования механизмов после ремонта.

При местном сблокированном режиме пуск и останов меха-

низмов также может быть произведен в цехе, но с обязательным

соблюдением блокировочных связей. Необходимость в этом ре-

жиме появляется в момент наладки технологического процесса

и во время выхода из строя аппаратуры централизованного ре-

жима.

Автоматизация процессов распределения грузов. Поточно-

транспортная система современных химических предприятий,

как правило, очень сложна вследствие большого числа отправи-

телей и получателей грузов, связанных определенными адрес-

ными связями. Автоматизация операций нанесения адресов,

считывания их, выдачи сигналов на разгрузочное устройство,

снятия адреса и переадресования требует применения специаль-

ных автоматических устройств.

В качестве признаков, по которым производится транспорти-

рование грузов и их распределение по определенным адресам,

могут использоваться отличительные характеристики грузов, на-

пример их габаритные размеры, цвет, температура и другие па-

раметры. Однако на химических производствах часто разные

продукты и полуфабрикаты перемещаются в одинаковой таре,

что исключает такое различие. Поэтому идут по пути использо-

вания искусственного признака — набора щупов, штырей и дру-

гих устройств, которые закрепляют на самом грузе или на его

грузонесущем органе. Этот адрес считывается у получателя с

помощью электромеханических, электроконтактных, фотоэлект-

рических или индуктивных устройств.

Автоматизация операций регистрации и анализа параметров

ПТС. Для централизованного автоматического контроля и ре-

гистрации числа переданных и хранящихся на различных ста-

диях производства единиц сырья, полуфабрикатов и готовой

продукции используются машины централизованного контроля

(«Марс», «Зенит», «Румб»). Если требуется не только регистри-

.207

ровать, но и анализировать результаты работы ПТС, а также

выдавать рекомендации по управлению отдельными транспорт-

ными установками или ПТС в целом и отыскивать оптимальные

направления грузопотоков, то применяют специализированные

управляющие вычислительные машины, например «Автодис-

петчер».

Дозирование твердых материалов

Типовое решение автоматизации. В качестве объекта управле-

ния примем дозатор непрерывного действия с ленточным пита-

телем (рис. 4.60). Показателем эффективности процесса дози-

рования является расход дозируемого материала, а целью

управления — поддержание определенного значения этого рас-

хода. v

Массовый расход материала через ленточный питатель оп-

ределяют по уравнению

G — Sv р'

где S — площадь проходного отверстия; v — скорость движения материала;

р' — насыпная плотность материала.

С изменением всех определяющих параметров в объекте мо-

гут появляться возмущающие воздействия.

Площадь S, равная произведению ширины ленты b (величи-

на постоянная) на высоту открытия заслонки h, периодически

сокращается при прохождении частиц материала у кромки эле-

ментов, ограничивающих проходное сечение. Приняв, что час-

тицы (куски) материала имеют шаровую форму с эквивалент-

ным диаметром d

3кв

, получили уравнение, которое позволяет

рассчитать поправку h

к высоте открытия h, учитывающую

уменьшение площади 5:

и зависит от высоты открытия заслонки h и диаметра частиц

с?экв. .Высоту открытия заслонки h сравнительно просто стабили-

зировать или изменять при дозировании. Диаметр d экв опреде-

ляется процессом измельчения, предшествующим процессу до-

зирования.

Скорость v тоже может изменяться при колебаниях напря-

жения и частоты тока в электрической сети двигателя дозатора,

а также при проскальзывании приводных ремней и ленты

транспортера на ведущем барабане. Путем целенаправленного

изменения скорости v с помощью вариатора или другого специ-

Таким образом, площадь 5 определяется по уравнению

5= b(h — 4кв/2,3)

.208