Автоматизация процессов послеуборочной обработки зерна. Автоматизация зерносушилок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградский государственный аграрный университет

Электроэнергетический факультет

Кафедра “Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве”

Контрольная работа

по дисциплине «Автоматизация технологических процессов»

на тему: “Автоматизация процессов послеуборочной обработки зерна. Автоматизация зерносушилок”

Выполнила:

Студентка гр. зЭЛ-62

Мануйлова М.Л.

Проверил:

Евдокимов А. П.

Волгоград - 2015

Содержание

1. Описание технологического процесса, его сущность, его составляющие операции

2. Характеристика технологического процесса как объекта автоматизации. Принцип управления технологическим процессом

3. Функциональная и структурная схемы системы автоматического управления технологическим процессом

4.Принципиальная электрическая схема управления технологическим процессом и описание ее работы

5. Перечень основных элементов - технических средств системы автоматического управления технологическим процессом

Список литературы

1. Описание технологического процесса, его сущность, его составляющие операции

Основное условие длительного хранения зерна - нормальная его влажность. По требованиям агротехники на длительное хранение засыпают зерно влажностью до 14%. С увеличением влажности возрастает интенсивность дыхания зерна, увеличивается выделение тепла и происходит самосогревание массы. Поэтому усиливаются процессы брожения, развиваются бактерии и плесени, качество зерна снижается. Влажность свежеубранного зерна нередко составляет 20 - 30%. Такое зерно необходимо в короткий срок высушить, довести его влажность до кондиционной. Снизить влажность зерна можно естественной сушкой на открытой площадке и искусственной в зерносушилке. автоматизация технологический операция

Для естественной сушки зерно рассыпают слоем 10 - 15 см и периодически перелопачивают или перебрасывают с места на место зернопультом, зернометателем, зернопогрузчиком. Естественную сушку применяют, если влажность зерновой смеси меньше 20%. Более влажное зерно сушат в барабанных и шахтных зерносушилках.

В зерносушилках сушка происходит конвективно-контактным способом в подвижном слое зерна. В него нагнетают горячую газовоздушную смесь - теплоноситель и влагопоглотитель (агент сушки). Высушиваемый материал перемещают с небольшой скоростью в потоке теплоносителя. Зерносушилка должна обеспечить определенный и постоянный режим сушки, регулируемый температурой теплоносителя, толщиной слоя зерна и скоростью движения теплоносителя сквозь слой зерна. Температуру теплоносителя и нагрева зерна выбирают в зависимости от культуры и первоначальной влажности зерна.

В хозяйствах используют передвижные и стационарные зерносушилки непрерывного действия с принудительной подачей теплоносителя и механизированными загрузкой и выгрузкой зерна.

В барабанной зерносушилке зерно движется вдоль вращающегося барабана в потоке теплоносителя. Температура его для сушки продовольственного зерна 180 - 200°, семян 100 - 160°; нагрев продовольственной пшеницы до 55°, семян до 48°.

В шахтной зерносушилке зерно перемещается вниз под действием силы тяжести; теплоноситель поступает навстречу зерну. Температура теплоносителя для сушки продовольственного зерна колосовых культур 100 - 140°, зерно нагревается до 50°, семена - до 45°.

Влажность зерна за один пропуск через барабанную зерносушилку можно снизить с 25 до 17%, через шахтную - с 25 до 19%.

Рассмотрим технологическую схему зерносушилок СЗСБ-8.

Рис.1. Технологическая схема зерносушилки СЗСБ-8.

Зерносушилка СЗСБ-8 включает в себя топку 1 , загрузочную камеру 3, сушильный барабан 4 с подъемными лопатками 5, загрузочную камеру 7, элеватор 9, охладительную колонку 10 со шнеком 12. Привод механизма сушильного барабана осуществляется электродвигателем мощностью 7,5 кВт через двухступенчатый редуктор и приводные ремни. Зерно в сушильный барабан должно поступать равномерным и бемпрерывным потоком. Зерно в барабан подается по винтовым дорожкам, лишнее зерно пересыпается через клапан-мигалку 13 в приемный бункер.

Под действием теплоносителя и лопаток 5 зерно перемещается вдоль барабана и высыпается в разгрузочную камеру 7. Из камеры 7 зерно через шлюзовой затвор 8 направляется элеватором 9 в охладительную колонку 10. В охладительной колонке зерно перемещается сверху вниз и при помощи вентилятора 11 продувается наружным воздухом и охлаждается. В верхней части колонки расположен горизонтальный шнек 12 для подачи и разравнивания зерна. Излишнее зерно при загрузке колонки попадает в

зернослив 14, на конце которого закреплен клапан 15 с контактным датчиком. От контактного датчика и датчика верхнего уровня зерна включается шлюзовой затвор 16, который выпускает порцию зерна. Выпуск зерна прекращается в момент срабатывания датчика минимального уровня, установленного в верхней части охладитеьной колонки.

Теплоноситель готовят в топке 1 путем сжигания жидкого топлива (керосин или смесь 75% керосина и 25% моторного топлива) и нагрева топочными газами воздуха, подаваемого в топку. Побочные газы удаляются через трубу 2, отработанный теплоноситель выбрасывается в атмосферу вентилятором 6.

2. Характеристика технологического процесса как объекта автоматизации. Принцип управления технологическим процессом

Каждый технологический процесс как объект управления имеет обобщенные входную (воздействие) и выходную (параметр) координаты, между которыми во времени существует функциональная связь.

В барабанной зерносушилке скорость передвижения зерна по барабану весьма неравномерна, вследствие этого за входные параметры приняты производительность зерносушилок q и время t пребывания зерна в зерносушилке. За выходной параметр влажности удобнее взять влагосъем в зерносушилке за один проход: ? w = w0 - w, где w0 и w - влажность зерна на входе и выходе зерносушилки.

Рис. 2. Математическая модель барабанной зерносушилки.

Между указанными на математической модели параметрами есть прямые и перекрестные связи. Они определяются передаточной функцией

На основании установленных связей для математической модели в

общем виде и передаточной функции на рис. 3 построена модель барабанной зерносушилки как объекта управления температурой и влажностью зерна.

Рис. 3. Модель барабанной зерносушилки как объекта управления температурой и влажностью зерна.

Эта модель позволяет синтезировать комбинированную многосвязную систему автоматического управления процессом сушки в барабанных зерносушилках. Система автоматического управления должна оптимизировать процесс сушки систем по двум-трем управляемым параметрам: O, w(?w), Oт - при помощи изменения входных величин (температуры теплоносителя Oт , скорости v или производительности q и времени t прохождения зерна через зерносушилку) по отклонению управляемых параметров и с учетом возмущающих воздействий O0 и w0 .

Рассматриваемая система имеет несколько независимых контуров управления, которые контролируют различные технологические параметры: влажность зерна, температура теплоносителя. Если рассматривать систему в целом, то по характеру алгоритма регулирования ее можно отнести к программируемой, так как комплекс может работать по заранее установленной программе. Если рассматривать только один контур управления- контроль влажности, то по характеру алгоритма функционирования рассматриваемая система является системой стабилизации, так как процесс высушивания зерна будет продолжаться до тех пор пока процент влажности зерна не дойдет до допустимой отметки.

По характеру управления во времени рассматриваемая система является непрерывной.

По математическому описанию данная система является линейной, так как зависимость входного параметра, то есть влажность зерна, от выходного параметра - установка датчиков - можно описать линейной функцией.

Рассматриваемая система управления влажностью зерна является стабилизирующей системой, которая осуществляет принцип управления по отклонению, так как управляющее воздействие поступает на исполнительный механизм только тогда, когда значение влажности зерна превышает допустимое.

Данная система автоматического управления осуществляет пропорциональный закон управления. Так как управляемой величиной является влажность зерна в бункере и электропривод вентилятора включается если значения датчиков влажности выше требуемой отметки, а так же если значение датчиков ниже уровня требуемой величины, то электропривод отключается. В итоге средний уровень влажности зерна пропорционален разности показаний датчиков влажности.

3. Функциональная и структурная схемы системы автоматического управления технологическим процессом

Рис.4 Функциональная схема системы автоматического управления влажностью зерна. Д1,Д2 - датчики влажности, АР - автоматический регулятор, У - усилитель, ИМ - исполнительный механизм, ОУ - объект управления.

Конфигурация структурной схемы соответствует функциональной с тем отличием, что внутри каждого звена указываются соответствующие передаточные функции:

Рис.5 Структурная схема системы автоматического управления влажностью зерна. 

Передаточная функция влагомера описывается апериодическим звеном первого порядка. Так как этот прибор обладает коэффициентом передачи, отличающимся от единицы и достаточно большой постоянной времени, то его передаточная функция имеет вид

W1(p) = W6(p) = .

Усилитель описывается безынерционным звеном, так как его постоянной времени можно пренебречь

W3(p) = k3 .

Исполнительный механизм определяется передаточной функцией

W4(p) = k4 / (p(T4p +1)).

Объект управления - зерно описывается апериодическим звеном первого порядка, так как все теплофизические процессы описываются обыкновенными дифференциальными уравнениями первого порядка

W5(p) = 1 / (T5p + 1).

4. Принципиальная электрическая схема управления технологическим процессом и описание ее работы

Рис. 6 Принципиальная электрическая схема управления барабанными зерносушилками

Принципиальная электрическая схема управления двумя барабанными зерносушилками состоит из цепей дистанционного пуска и останова агрегатов, управления топкой, световой и звуковой сигнализации. Автоматами QF1 и QF2 и переключаетелем SA1 выбирают заданный вариант работы оборудования: работа только первой или второй зерносушилки или их совместная работа (положение переключателя SA1 будет соответственно в 1, 2 или 3). Перед пуском зерносушилки включают автоматы SA1 иSA2, подающие напряжение в схему управления, и кнопкой SB2 включают магнитный пускатель КМ 16. Блок-контакты КМ 16:3 через реле КV 3 включают предупредительный звуковой сигнал HA, который после пуска агрегатов отключают кнопкой SB21 через реле KV1…KV3.

Для пуска первой зерносушилки кнопками SB4 и SB6 включаются электродвигатели М1 (мощность 10кВт) вентилятора сушильного барабана и М2 (4 кВт) топки. От блок-контатов КМ2:3 срабатывает реле выдержки времени КТ1, которое через 150 с своим контактом КТ1:1 включает трансформатор зажигания TV1 и электромагнитный клапан УА1 подачи топлива. При появлении пламени в топке срабатывает фотореле KV5, которое контактами KV5 включает реле KV4. Последнее становится на самоподпитку через свой контакт KV4 и отключает реле KT1.

Если в течение 15 с в топке пламя при пуске не возникает, то реле KT1 через 165 с после пуска шунтирует цепь R и этим вызывает срабатывание реле KV5, а затем реле KV4. Реле KV4 одним контактом отключат реле времени KT1, а вторым контактом разрывает одну из двух цепей питания магнитного пускателя KM2. Реле KT1, расшунтируя цепь R, отключает фотореле KV5, а последнее разрывает цепь питания сначала RV4, а затем KM2, и вентилятор топки выключается. Блок-контакты KM2:3 снимают напряжение с автомата контроля пламени и включают через контакты реле KV1:2 звуковой сигнал НА. Аналогичным образом действует схема при погасании пламени в топке по любым причинам. Повторный пуск оператором возможен только после устранения причин погасания пламени.

При успешном пуске топки кнопками SB12 и SB14 включают магниные пускатели КМ5 и КМ6 электродвигателей М5(7,5 кВт) сушильного барабана и М6 (5,5 кВт) вентилятора охладительной колонки.

Магнитные пускатели КМ13…КМ15 с помощью кнопок SB16…SB20 включают соответственно электроприводы двухпоточных норий: М13 - охладительных колонок, М14 - разгрузки сушилок и М15 - промежуточных норий. Мощность каждого электродвигателя нории равна 2,2 кВт. Только после включения разгрузочной нории сушилок можно кнопкой SB8 включить электропривод М3 разгрузочного устройства сушилки.

Аналогичным образом включаются и отключаются электродвигатели М7…М12 второй зерносушилки. Электроприводои М4 разгрузочного устройства 16 охладительной колонки можно управлять вруную при помощи кнопок SB9 и SB10 или автоматически при помощи датчиков уровня зерна SL2 (переключатель SA2 во втором случае ставят в положение 2). Нижний и верхний уровни зерна в охладительной колонке контролируется датчиками уровня SL1 и SL2. Усли уровень зерна достигает предельного нижнего значения, то размыкабтся контакты SL1 и разгрузка охладительной колонки прекращается. Когда зерно достигает предельного верхнего уровня, то замыкаются контакты вначале SL1 , а затем SL2 и начинается разгрузка колонки.

Зерносушилку останавливает оператор, пооочередно отключая оборудование в последовательности, обратной пуску, при помощи кнопок «СТОП» SB19…SB1. В экстренных случаях одновременно все машины останавливают кнопкой SB или SB1.

5. Перечень основных элементов - технических средств системы автоматического управления технологическим процессом

Рациональным решением проблемы автоматизации процесса сушки зерна, представляется применение полуавтоматической системы управления процессом сушки. В этом случае оператор будет включать сушилку, выводить процесс на оптимальный режим и передавать управление автоматике, которая и будет поддерживать процесс в заданных рамках. Принципиально процесс внедрения системы автоматизации возможно проводить и поэтапно, но начинать нужно с замены старой горелки Ф1 на современную, многофакельную горелку с комплектным автоматическим управлением.

Горелка.

При эксплуатации сушилок в основном использовались жидкие виды топлива: солярка, мазут, сырая нефть. Экономическое значение имеет цена, теплотворность топлива, полное сгорание топлива, что зависит от типа применяемой горелки.

Установленные еще при строительстве большинства сушилок горелки

Ф-1 имеют ручное управление температурой агента сушки, запуск такой горелки при отрицательных температурах сильно затруднен и расход топлива на плановую тонну просушенного зерна оставляет желать лучшего.

Неплохие результаты удалось получить от использования двухступенчатых горелок ILKA типа Eco 60...70. Экономические показатели работы этих горелок существенно выше стандартно установленных Ф-1. Данный тип горелок отличается высокой надежностью, производительностью и малошумной работой. Благодаря типу горелочной трубы и турбулятору обеспечивается наиболее полное сгорание топлива, чем достигаются высокие показатели экономичности сушилок. Поддержание заданной температуры агента сушки происходит за счет включения/выключения второй ступени горения. Данные изделия сконструированы таким образом, что не допускают закупоривание каналов и замерзания топлива в выходных отверстиях блока форсунок. Форма и размеры пламени могут быть отрегулированы под любой вид топочной камеры. Панель управления горелкой устанавливается на корпусе горелки, что обеспечивает лёгкую эксплуатацию. Благодаря высококачественным комплектующим и тщательности сборки вероятность возникновения неисправностей сведена к минимуму.

Система противоаварийной защиты.

Противоаварийная защита (ПАЗ) включает в себя систему сигнализаций недопустимых режимов и блокировок от неправильного функционирования системы. Система ПАЗ реализуется на релейной логике, имеет необходимые органы управления и минимальные органы контроля технологических параметров. Противоаварийная защита функционирует во всех режимах работы сушилки и является независимой подсистемой системы автоматизации. Функции противоаварийной системы:

1. Контроль температуры агента сушки

2. Контроль температуры зерна

3. Проверка заполнения сушилки

4. Соблюдение порядка запуска и останова сушилки

В основном система ПАЗ реализуется в виде шкафа управления с релейной системой блокировок, кнопочным постом управления и индикаторами предельных состояний и температуры. Такая система управления уже является законченной и дает возможность оператору работать в ручном режиме.

Программа управления процессом сушки.

Основными требованиями при организации рабочего места оператора сушки зерна являются:

· возможность удобного управления механизмами;

· визуальный контроль предельного состояния контролируемого объекта (температуры, влажности, тока);

· возможность оперативного ввода уставок этих параметров, звуковое оповещение о выходе параметров за предельные значения;

· отслеживание тенденции изменения параметров во времени, по графикам и таблицам.

Одно из технических решений -- использование контроллеров и панели с сенсорным управлением. В настоящее время для управления объектами отрасли хранения и переработки зерна используют возможности компьютера с интуитивно понятным интерфейсом. 

В программе отображаются мнемосхема сушилки и элементы управления ее механизмами, а так же поля ввода для задания уставок температуры, влажности и производительности выпускного устройства. На условном изображении сушилки отображаются показания температурных датчиков, положение шиберной задвижки, значение производительности выпускного устройства, состояние датчиков уровня, изображение горелки с индикаторами фазы работы горелки и фазы второй ступени горелки, индикаторы наличия тяги, перегрева, готовности горелки к запуску, индикатор процесса запуска горелки.

Оператору при таком подходе к решению интуитивно понятно, каким образом достичь требуемых результатов. Система вовремя предупреждает о выходе контролируемых параметров за установленные значения в виде текстовых и звуковых сообщений, а в случае выхода контролируемых параметров за предельные значения самостоятельно останавливает оборудование. Все контролируемые параметры автоматически протоколируются в виде графиков и таблиц.

Журнал аварий и действий оператора, а так же данные о температуре сохраняются на сервере, с возможностью получения отчётов за выбранный промежуток времени. Сервер подключен к источнику бесперебойного питания для обеспечения энергонезависимости. Данные сохраняются в базе данных на сервере, доступ к ним предоставляется посредством WEB-интерфейса. Для доступа к отчетам необходимо наличие в сети, связанной с сервером, компьютера с интернет-браузером.

Преимущества автоматизации управления технологическим процессом.

1. Автоматизация сушилок предоставляет удобный инструмент контроля оператору, наблюдающему за процессом сушки, и позволяет обслуживающему персоналу быстрее получить практический опыт по работе с сушилкой и повысить свое профессиональное мастерство.

2. Появляется возможность централизованного контроля за несколькими сушильными комплексами, а также удаленного контроля руководителем.

3.Осуществляется оперативный контроль влажности в потоке на этапах производства.

4. Ведущаяся база данных основных параметров работы сушилки предоставляет возможность анализа операторам и руководящему составу, что способствует повышению исполнительской дисциплины и качества работ.

5. Установка горелки ILKA способствует снижению расхода топлива и стабильности поддержания заданных температурных режимов.

6.Контроль температуры зерна по зонам в прямоточных сушилках снижает вероятность перегрева зерна (а значит, и снижения качества зерна) за счет своевременного обнаружения появляющихся застойных зон.

7. Замена командоаппарата на контроллер выпускного устройства на прямоточных сушилках и дополнительная установка на рециркуляционных устройства регулирования потока зерна позволяет оператору эффективнее управлять производительностью сушилки, оперируя действительным значением производительности, а не отвлеченными понятиями.

Список используемой литературы

1. И.Ф. Бородин, Ю.А. Судник, «Автоматизация технологических процессов», Москва, «КолосС», 2004 г.

2. И.Ф. Бородин, Н.М. Недилько «Автомтизация технологических процессов», Москва, «Агропромиздат», 1986 г.

3. А.Н. Чекваскин, В.Н. Семин, К.Я. Стародуб, «Основы автоматики», Москва, «Энергия», 1977 г.

Размещено на Allbest.ru