Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Описание технологии объекта автоматизации

1.1 Краткие сведения о технологии объекта автоматизации

2. Виды датчиков уровня

2.1 Датчики уровня ОВЕН ПДУ

2.2 Флажковый датчик контроля уровня сыпучих веществ INNOLevel

2.2.1 Преимущества

2.3 Вибрационный датчик контроля уровня сыпучих веществ INNOLevel Vibro

3. Выбор конкретных элементов (САР) по условию задания

3.1 Шнековый транспортер

3.2 Поплавковый датчик уровня

3.3 Бункер - дозатор

3.4 Контактор

4. Расчеты

4.1 Построение кривой разгона и расчет показателей качества регулирования

4.2 Зона разброса

4.3 Статическая точность

4.4 Время регулирования

4.5 Колебательность

4.6 Перерегулирование

Список литературы



Введение

Технологии современного производства достаточно сложны и скоротечны. Соответственно они требуют более совершенных средств автоматизации и квалифицированных специалистов. Совершенствование средств автоматизации достигается применением современной элементной базы систем автоматизации, а технический уровень развития производства определяется степенью автоматизации.

Техническим средством автоматизации называют простейшую конструкцию, способную выполнить одну конкретную операцию. Эти элементы разнообразны по конструкции, принципу действия, назначению, функциональным возможностям и т.д. Например, измерительный преобразователь (ИП) является первым элементом систем контроля и управления. Он способен проявить чувствительность к определенной физической величине, воспринять эту величину и преобразовать в другую величину, удобную для передачи по цепи управления. Соединение упомянутых элементов в определенную логическую структуру и подключение этой структуры к производственному агрегату образуют систему автоматизации. Тогда производственный агрегат называют объектом управления. Система автоматики - это совокупность элементов автоматики с объектом контроля или регулирования, в качестве которого обычно используют производственный аппарат для выполнения производственных операций с целью получения полуфабриката или готовой продукции. Наиболее эффективной является система автоматического регулирования (САР). Она состоит из элементов: объект регулирования (ОР), измерительный преобразователь (ИП), задатчик (ЗД), элемент сравнения (ЭС), усилительно-преобразующее устройство (УПУ), исполнительный механизм (ИМ), регулирующий орган (РО) / 1 - 6 /.

В САР автоматический регулятор (АР) воздействует на объект регулирования с целью достижения поставленной задачи управления. Это воздействие может осуществляться изменением подачи количества энергии или вещества, поступающих за счет дроселирования регулирующего потока или регулирования производительности агрегатов, подающих регулирующий поток. В зависимости от характеристик входящих в САР элементов, закономерность изменения регулирующего потока может быть разной и как следствие, разными оказываются показатели качества регулирования. В этой связи при проектировании систем управления необходимо осуществить правильный подбор структурных элементов САР путем соответствующего анализа и расчета. Для этого необходимо знать номенклатуру структурных элементов, их характеристики и технику практического использования.

Данный курсовой проект предусматривает изучение элементной базы и разработку конкретной системы автоматического регулирования (САР) с определением конкретных её структурных элементов и представлением принципиальной схемы САР, как конечный результат курсового проекта.

датчик флажковый шнековый транспортер



1. Описание технологии объекта автоматизации

1.1 Краткие сведения о технологии объекта автоматизации

На рисунке 1 даны технологическая и структурная схемы управления загрузкой бункера-дозатора (Б₂). Бункер-дозатор объёмом 64м³ наполняется сыпучим материалом (гравий, песок, керамзит и др.) с помощью транспортера (ТР) с производительностью 1м³ /мин. В бункере установлен поплавковый датчик уровня сыпучего материала. Поплавок состоит из резьбовой муфты 1 и крыльчатки 3. Муфта имеет винтовую резьбу во внутреннем отверстии и может двигаться по резьбе вращающегося червяка 2 вместе с крыльчаткой 3. Червяк всё время вращается двигателем М2 с постоянной скоростью.

Шаг резьбы червяка выбран таким образом, что вниз поплавок соскальзывает свободно, но как только крыльчатка 3 коснётся поверхности сыпучего материала, она тормозится вместе с муфтой во вращении и навинчивается с помощью муфты на вращающийся червяк.

Рисунок 1 - Схема управления загрузкой бункера-дозатора

В результате навинчивания крыльчатка поднимается вверх и отрывается от поверхности сыпучего материала на небольшой воздушный зазор. Таким образом, крыльчатка как бы зависает над поверхностью материала, уровень которого измеряется. Крыльчатка с муфтой отслеживают этот уровень своим положением по высоте.

Муфта 1 механически соединена с движком реостатного преобразователя (R_д), который вместе с задатчиком (R_з) включен в смежные плечи мостовой схемы автоматического регулятора (АР). Регулятор управляет электроприводом транспортера и подает в бункер вещество до заданного уровня. Как только уровень вещества в бункере достигнет заданного значения, мостовая схема входит в равновесие, на её выходе сигнал равен нулю, схема управления выключает контактор 1К, он выключает двигатель М1 и транспортёр останавливается. Затем схема управления включает контактор 3К, который подает питание на электропривод М3 шибера бункера Б2, шибер открывается и отмеренная доза сыпучего высыпается в смеситель. С помощью реостатного задатчика R₃ можно устанавливать любые объёмы вещества в пределах высоты стенок бункера Б₂. Величина заданного объема видна на отсчетном устройстве ОУ.

Отрегулированный объём сыпучего в бункере является порционной дозой для образования смеси.

Бункер Б₁ накопительный. Он питает сыпучим веществом транспортер.

Количество материала в емкости определяется взвешиванием, однако в ряде случаев необходимо знать также уровень заполнения емкости. Для этого используются датчики уровня. Измерения уровня сыпучих и кусковых материалов намного сложнее, чем измерение уровня жидкости, и часто сопряжено с большими техническими трудностями. Объясняется это рядом причин: наличием угла естественного откоса, вследсвие чего поверхность среды негоризантально (угол наклона может составлять от 30 до 50⁰ к горизонтали); возможным залипанием материала на стенках; резкими колебаниями свойств среды (за счет различных включений, кусков, при изменений влажности и пр.); возможны повреждения преобразователей при расположении их в емкости.

В связи с этим возможности измерения уровня сыпучих и кусковых материалов ограничены. В качесве примера даны схемы устройсв для измерения уровня сыпучих и кусковых материалов (рис 2). В датчике лотового типа (рис. 2,а) поплавок периодически поднимается и опускается.Спуск прекращется в момент, когда поплавок достигает поверхности материала, поэтому после каждого перемещения, если уровень материала меняется, поплавок останавливается в новом положении. В датчике рис.2,б поплавок, снабженной крыльчаткой, может достигаться по резьбе вращающего червяка. Шаг резьбы червяка выбран таким образом, что вниз поплавок соскальзывает свободно. Попадая в материал, он тормозится и начинает навинчиваться на червяк. В мембранных реле уровня для сыпучих материалов (рис 2,в) при загрузке емкости мембрана прогибается, а при достижении определенного уровня замыкает выходной контакт. Действие электродного реле (рис.2,г) основано на изменении сопротивления между стенками емкости и опущенным в нее контактным электродом при соприкосновении электрода с материалом. Обычно в таких реле предусматривается сигнализация двух уровней - верхнего и нижнего.

Для сыпучих материалов применяются также - реле, дейсвие которых основано на изменении интенсивности - излучения при его прохождении через слой материала.

Рисунок.2 Датчики уровня сыпучих и кусковых материалов



2. Виды датчиков уровня

Поплавковые датчики уровня - одни из самых недорогих и, вместе с тем, надежных устройств для измерения уровня жидкостей. Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ могут использоваться для контроля уровня самых разных продуктов, например сточных вод, химически агрессивных жидкостей или пищевых продуктов. Поплавковые датчики уровня устойчивы к пене и пузырькам в жидкости и могут работать с вязкими жидкостями.

2.1 Датчики уровня ОВЕН ПДУ

Датчики уровня ОВЕН ПДУ применяются для измерения как текущего, так и предельного (максимального или минимального) уровня жидкости.

Рисунок 3 - Поплавковый датчик

Пример области применения поплавковых датчиков - контроль уровня жидкости в транспортных средствах. Прежде всего, это задачи по контролю объема топлива в тяжелой технике: грузовиках, экскаваторах, тепловозах. Здесь датчики уровня работают в условиях сильной вибрации и волнения на поверхности жидкости. Для устранения влияния этих факторов поплавковый датчик помещают в специальную демпферную трубу, диаметром чуть больше, чем диаметр поплавка.

Конструкция датчиков ОВЕН ПДУ очень проста. Датчик имеет поплавок, передвигающийся по вертикальному штоку (рис. 3). Внутри поплавка находится постоянный магнит, а в штоке, представляющем собой полую трубку, находится геркон. Герконовый контакт срабатывает при приближении магнита.

Рисунок 4 -Стенка поплавкового датчика уровня

Если установка датчика сверху емкости невозможна, то поплавковый датчик уровня можно вмонтировать в стенку емкости (рис. 4). В этом случае поплавок с магнитом крепится на шарнире, а герконовый выключатель в корпусе датчика. Такие датчики срабатывают, когда жидкость достигает поплавка и предназначены для сигнализации предельного уровня. Датчики ОВЕН ПДУ могут работать при температурах до 105 °С в химически агрессивных средах. Материал - нержавеющающая сталь (12X18H10T).

Следует помнить, что датчики уровня поплавкового типа не подходят для измерения липких и засыхающих жидкостей, жидкостей с механическими включениями, а также в случае замерзания жидкости.

2.2 Флажковый датчик контроля уровня сыпучих веществ INNOLevel

Выключатель INNOLevel представляет собой датчик уровня заполнения и используется для мониторинга уровня сыпучих материалов. Он может быть использован в качестве датчика заполнения, опустошения или промежуточного уровня.

Рисунок 5 - Флажковый датчик INNOLevel

Принцип работы датчика уровня следующий: измерительная лопасть приводится в действие синхронным двигателем. При контакте лопасти с материалом, происходит останов двигателя. Возникающий реактивный момент используется, чтобы привести в действие микровыключатель, который выдает сигнал (регистрация уровня материала). При снижении уровня материла, пружина возвращает двигатель в исходное положение, лопасть освобождается, и двигатель снова включается.

Стандартные примеры применения датчика уровня для сыпучих материалов INNOLevel:

§ Пластиковые порошки и гранулы (ПВХ гранулят, ПЭТ гранулы)

§ Строительные материалы (цемент, сухие смеси, гипс)

§ Пищевые продукты (мука, сахар, крахмал)

§ Древесные сыпучие материалы (опилки, пелетные гранулы)

§ Комбикорма

§ Зерно

и многое другое.



2.2.1 Преимущества

Выключатель INNOLevel является экономичным решением для достоверного измерения уровня заполнения, а также обладает рядом преимуществ:

§ Сертификаты ATEX для пылевых взрывоопасных сред

§ Высокий коэффициент полезного действия

§ Надежность

§ Широкий круг применения

Таблица 1 - Технические данные датчика уровня INNOLevel

Корпус	Алюминий, степень защиты IP66
Допуски	ATEX II 1/2D
Температура процесса	-25 °C ..+ 80 °C
Давление	Макс. +0,8 Бар
Чувствительность	От 100 г/л, 3 регулировочных положения
Напряжения питания	110-120 VAC или 220-240 VAC, 50-60 Гц 24 VAC или 48 VAC, 50-60 Гц 24 VDC
Технологическое подключение	Резьба R 1 Ѕ”, NPT 1 ј”
Подшипник	Высококачественный подшипник скольжения с тефлоновым покрытием

2.3 Вибрационный датчик контроля уровня сыпучих веществ INNOLevel Vibro

Вибрационный датчик уровня INNOLevel Vibro может применяться как сигнализатор уровня заполнения, опустошения или промежуточного уровня в емкостях с сыпучими веществами. Датчик предназначен для использования с мелкозернистыми и пылевидными материалами, которые не склонны к налипанию.Установка вертикально, горизонтально, под углом, а также -- в ограниченном пространстве (например, в трубе выгрузки материала).

Рисунок 6 - Вибрационный датчик уровня INNOLevel Vibro

Принцип работы вибрационного датчика уровня INNOLevel Vibro. Лопасти сигнализатора уровня, испытывая пьезоэлектрическое воздействие, вибрируют на механической резонансной частоте. Затухание колебаний (изменение амплитуды), возникающее вследствие покрытия лопастей датчика материалом, регистрируется электроникой. Как только зонды освобождаются от материала, они снова начинают вибрировать, что также регистрируется электроникой.



3. Выбор конкретных элементов (САР) по условию задания

3.1 Шнековый транспортер

Производство шнековых транспортеров сегодня становится очень выгодным делом. В первую очередь это объясняется их большой популярностью и спросом среди потребителей и работающих в сфере сельского хозяйства и промышленности.

Шнековые транспортеры разработаны с целью более эффективного и надежного перемещения самых разнообразных сыпучих продуктов, а также их дозирования. Шнековый транспортер типа КР-1 служит для подачи корма из бункера-хранилища в бункер-дозатор кормораздатчика. Шнек помещен в металлическом кожухе, один конец которого крепится к бункеру и закрывается кожухом, а второй - к потолочному перекрытию или стене здания растяжками.

Шнек вращается в двух шариковых подшипниках и приводится в действие через клиноременную передачу электродвигателем мощностью 0,4 кет при 1410 об/мин. Клиновые ремни натягиваются при перемещении опоры крепления электродвигателя. Включается и выключается электродвигатель с поплавковым датчиком уровня кормаг установленным в бункере-дозаторе кормораздатчика внутри птичника. Когда бункер-дозатор пустой, пластина под действием пружины замыкает контакты, и двигатель включается. Под действием заполняемого корма, когда бункер-дозатор заполнен, контакты размыкаются, и двигатель отключается.

Основные преимущества шнекового транспортера:

· Компактная и простая конструкция;

· Индивидуальные возможности загрузки;

· Износостойкость;

· Маленькие затраты на техническое обслуживание.

Риунок 7 - Шнековый транспортер КР-1 типа

3.2 Поплавковый датчик уровня

http://www.himstalcon.ru/userfiles/file/poplavkovyi-dat4ik-b.jpg Поплавковый датчик (реле) уровня применяется для контроля уровня сыпучих материалов. На рисунке показано схематическое устройство датчика. В резервуар 10 погружается поплавок 1, подвешенный на гибком контакте через блок З и уравновешенный грузом 6. На контакте закреплены упоры 2 и 5, которые при предельных уровнях жидкости в резервуаре поворачивают коромысло 4 контактного устройства 8. При поворотах коромысло замыкает, соответственно, контакты 7 или 9, включающие или отключающие электродвигатель насоса.



Рисунок 8 - Поплавковый датчик уровня. 1-поплавок, 2, 5-упоры, 3-блок, 4-коромысло, 6-груз, 7, 9-контакты, 8-конактное устройство, 10-резервуар.

3.3 Бункер - дозатор

Рисунок 9 - Весовой дозатор АВДИ-425;

Дозирование сыпучих материалов -- это определение заданного количества или дозы материала. Применяемые для этой цели приборы называют дозаторами. Качество бетона в значительной мере зависит от точности дозирования исходных материалов. Поэтому предъявляют высокие требования к работе дозаторов. Они должны обеспечивать дозирование цемента и воды с погрешностью по массе, не превышающей ±2%, а дозирование песка и щебня ±3%.

На рис. 9 показан автоматический весовой дозатор цикличного действия АВДИ-425 для последовательного взвешивания двух фракций минерального материала.

По методу дозирования различают объемные и весовые дозаторы, а по принципу действия -- цикличные и непрерывного действия. Объемные дозаторы просты по конструкции, но точность работы их ниже точности весовых дозаторов, так как объемная масса заполнителей, в частности песка, значительно колеблется в зависимости от его влажности, а цемента -- от степени уплотнения. Объемные дозаторы применяют в основном для дозирования жидкости.

В цикличных дозаторах материалы отвешиваются или отмериваются периодически в установленных дозах и затем поступают в цикличные бетоносмесители. Различные весовые дозаторы цикличного действия независимо от конструктивного оформления включают в себя следующие основные сборочные единицы: выпускные затворы и воронки, обеспечивающие поступление дозируемого материала в весовой бункер; весовой бункер, который служит емкостью для взвешиваемого материала; весовой механизм; указательные приборы, по которым наблюдают за взвешиванием; выпускной з-атвор, через который выгружают материал после его взвешивания; приборы управления дозатором.

3.4 Контактор

Контактор ABB устройства оказывают влияние на работу электродвигателей снижением нагрузки на привод при его непосредственном запуске, регулировкой пускового момента, снижением износа механической части привода, предотвращением резких перегрузок, а также снижением износа самого устройства в целом. Контактор ABB предназначен для регулярного дистанционного управления электрическими цепями силового тока в стандартном режиме. Контактор АВВ имеет приемущество от контактора А тем что имеет дополнительный монтируемый вспомогательный кoнтaктный блoк , высокую коммутационную мощность и долговечность. И эти контакторы отличаются от автоматических выключателей в первую очередь тем, что отключение токов короткого замыкания не является их основной задачей, следовательно они способны к коммутировать исключительно номинальный ток.



4. Расчеты

4.1 Построение кривой разгона и расчет показателей качества регулирования

Кривая разгона или переходная характеристика - это реакция САР или её звена на однократное скачкообразное воздействие, которое называют единичным. Такое воздействие является весьма распространённым на практике - это включение и выключение нагрузок, мгновенное приложение воздействия параметра объекта на датчик, включение движения исполнительного механизма и т.д. В общем случае для ОР таким воздействием является регулирующий поток.

Переходная характеристика h(t) - это реакция системы на типовое ступенчатое (однократное скачкообразное ) возмущение, т.е. переходной процесс, вызванный этим возмущением.

Условия для расчета характеристик заданного элемента.

Построить кривую разгона ОР. Опре-делить: статическую точность, время регулирования, колебательность, перерегулирование, постоянную времени при Х_з=50м³.

Рассмотрим общепринятые количественные оценки качества.

4.2 Зона разброса

В Предложение А нам дано заданное значение Х_з=50м³. На практике зона разброса обычно составляет 5, а объем составляет Х= 2.5 м³;

4.3 Статическая точность

САР определяет остаточное отклонение параметра регулирования после окончания процесса регулирования. Эта точность определяется статической ошибкой регулирования (ст). По переходной характеристике Приложения А статическая ошибка определяется по зависимости ст=[(Хуст-Хз)/Хз]100 .

Х_уст = 51.2 м³

Х_з=50м³

ст=[(Хуст-Хз)/Хз]100=[(51.2-50)/50]100=2.4

4.4 Время регулирования

Время регулирования характеризует быстродействие САР. Оно определяется интервалом tp=tпп в приложение А , время регулирования t_ВР = 3.8-1 =2.8 (мин) , т.е. продолжительностью переходного процесса от момента поступления возмущения f(t) до момента, когда отклонение (Х) по отношению к новому установившемуся (Хуст) значению не превышает допустимую зону разброса (). Другими словами время регулирования (tp) это время приближения параметра регулирования к заданному значению с заданной точностью (например =5 ). Для кривой 1 в приложение А время регулирования определяется интервалом t₁ t₂ .

В связи с тем, что результат определения времени регулирования зависит от принятой зоны разброса, результаты определения этого времени у разных авторов окажутся разными, потому быстродействие САР оценивают константой под названием - постоянная времени. Постоянная времени - это длительность интервала времени за который переходный процесс завершается на 63%.



4.5 Колебательность

Процесс регулирования определяется числом колебаний за время регулирования. Она характеризует степень устойчивости процесса регулирования. Чем больше колебательность, тем ниже степень устойчивости процесса регулирования. Уменьшение колебательности ускоряет стабилизацию процесса регулирования на заданном значении. В приложении А число колебании за этот время регулирования равно одному.

4.6 Перерегулирование

Характеризует склонность системы регулирования к колебательному режиму. С физической точки зрения перерегулирование это переход состояния САР и, прежде всего её параметра регулирования, через заданное значение в процессе регулирования с образованием нового отклонения противоположного знака. Оно имеет место в системах с переходным процессом вида кривой 2 в приложения А и определяется по зависимости:

Х_М=62.5 м³

Х_з=50м³

=[(Хм-Хуст)/Хуст]100 =[(62.5-51.2)/51.2]100 = 22 ;

Перерегулирование Хм в приложения А возникло вследствие перехода величины Х через заданное значение Хз. Считается нормальным, если перерегулирование не превышает (1030) .



Список литературы

Каханов А.А. Системы управления для автоматизации производственных процессов: Учебно-методическое пособие. - Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2002.

Автоматизация производственных процессов в дорожном строительстве / Под ред. Цикерман Л.Я..- М.: Транспорт, 1972.

http://www.owen.ru/catalog/datchiki_urovnya_poplavkovie_pdu/opisanie

http://www.mega-sensor.ru/Measure/ras11/

http://stroy-technics.ru/article/avtomaticheskie-dozatory

Размещено на Allbest.ru

...