Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

им. И.И.Ползунова»

Курсовая расчетно-графическая работа

по дисциплине «Автоматика и автоматизация производственных процессов»

Тема: «Автоматизация производства керамических изделий»

Выполнил: студент гр. ПСК-81 Левченко А.А.

Принял: к.т.н., доцент Лютов В.Н.

Барнаул

2011

Аннотация

В пояснительной записке приведена схема технологии производства керамических изделий, а также схема автоматизации процесса сушки и приборы, с помощью которых осуществляется автоматизация данного вида процесса, включены примеры современных приборов и их краткое описание. Также оформлена в формульном выражении технико-экономическая эффективность технологического процесса.

В работе использовано 7 библиографических источников и 5 интернет-источников.

Содержание

Введение

1. Роль и значение автоматизации в производственных процессах

2. Характеристика объекта автоматизации технологического процесса

2.1 Добыча глины

2.2 Обработка глины и приготовление керамической массы

2.2.1 Глинорыхлитель

2.2.2 Ящечный питатель

2.2.3 Вальцы камневыделительные

2.2.4 Бегуны и глинопротирочная машина

2.2.5 Шихтозапасник

2.3 Формование кирпича или камней

2.3.1 Вакуумный пресс

2.3.2 Автомат резки и садки сырца

2.4 Сушка

2.4.1 Туннельная сушка

2.4.2 Автомат-перегрузчик сырца с сушильных вагонеток на обжиговые

2.5 Обжиг

2.5.1 Туннельная печь

2.5.2 Автомат пакетировки с склад готовой продукции

3. Технические средства автоматики, используемые при автоматизации технологического процесса

3.1 Назначение, устройство и параметры датчиков

3.1.1 Датчик разности двух давлений

3.1.2 Термометры сопротивления

3.1.3 Автоматический психрометр

3.2 Назначение, устройство и параметры регистрирующих и показывающих приборов

3.2.1 Автоматический электронный потенциометр

3.2.2 Дифференциальный манометр

3.2.3 Пирометрический милливольтметр

3.3 Назначение, устройство и параметры регуляторов

3.3.1 Пропорциональный регулятор давления прямого действия

3.3.2 Электронные регуляторы

4. Обзор отечественных и зарубежных средств автоматизации

5. Технико-экономическая эффективность автоматизации технологического процесса

5.1 Расчёт капитальных вложений

5.2 Расчёт экономии от снижения себестоимости продукта

5.3 Расчёт срока окупаемости

Заключение

Список литературы

Введение

По мере технического прогресса человек научился создавать и пользоваться машинами, рабочие инструменты которых совершают часть или все требующиеся движения и операции без участия человеческих рук. При этом рабочий в значительной мере освободился от работы с помощью ручного инструмента и присущих подобной работе навыков, что привело к повышению продуктивности труда, расширению и усложнению методов управления. Современная техника характеризуется все большим нарастанием скоростей протекания отдельных производственных операций и все большим распространением непрерывных и поточных процессов, сокращающих время переходов от одной операции к другой. Увеличение масштабов производства и рост производительности машин и аппаратов при повышенных требованиях к качеству и точности обработки требуют введения быстрых и объективных методов контроля, не связанных с субъективными особенностями человека. Поэтому экономически и технически созрела проблема автоматизации производственных процессов, когда не только ручной, но и всякий физический и частично умственный труд должен быть заменен специальными самодействующими устройствами, нуждающимися только в настройке и наблюдении со стороны обслуживающего персонала.

Применение методов и средств автоматики для превращения неавтоматизированных процессов, машин, агрегатов, цехов и заводов в автоматизированные называется автоматизацией [1].

1. Роль и значение автоматизации в производственных процессах

Автоматизации производства - основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий, для оптимального использования всех ресурсов производства.

Автоматизация производства является одним из основных факторов научно-технической революции, открывающей перед человечеством беспредельные возможности преобразования природы, создания огромных материальных богатств, умножения творческих способностей человека.

Автоматизация изменяет характер труда человека, который берет на себя функции технического обслуживания и введения предписаний, необходимых для заданного функционирования автоматической системы. Одновременно изменяется и содержание рабочей квалификации: упраздняются старые профессии, растет удельный вес инженерно-технических работников, которые обеспечивают нормальное функционирование сложного оборудования и разработку новых его видов [2].

В сфере строительства, производства строительных материалов и изделий, эксплуатации зданий и сооружений наряду с традиционными составляющими: потоками сырья, энергии и трудом - с каждым годом всё сильнее ощущается значение четвёртой составляющей - точно и правильно осмысливаемой информации. Без её оперативного получения и обработки невозможно управление, поэтому автоматизация технологических процессов и производств в строительстве включает в себя, прежде всего, контроль состояния объекта или протекания производственного процесса.

В основе контроля лежат измерения - объективные количественные оценки параметров, характеризующих процесс (расход, температура, уровень и т.п.). Автоматический контроль заключается в том, что получение и обработка информации в той или иной мере происходят без участия человека, с помощью разнообразных приборов и других технических средств [3].

2. Характеристика объекта автоматизации производства керамических изделий

автоматизация производство керамический изделие

В качестве объекта автоматизации рассмотрим завод по производству керамического кирпича.

Стеновую керамику в настоящее время изготавливают преимущественно пластическим способом, главным признаком которого является приготовление пластичной массы с влажностью 18-22 % и формование изделий методом выдавливания массы (экструзии) из пресса в виде ленты, которую разрезают струнами на изделия.

Для изготовления стеновых материалов пригодны легкоплавкие глины (температура плавления ниже 1350 С) с большим диапазоном гранулометрического и химического составов (М.И.Роговой, 12 и 15 с.)

По пластичности наиболее пригодны умереннопластичные глины с числом пластичности П = 7-15. Малопластичные глины с П 7 плохо формуются. Глины с П >15 трескаются при сушке и требуют отощения.

Содержание каменистых включений более 2 мм не должно превышать 10 %. При производстве керамических стеновых материалов возможно использование всех четырех групп добавок - пластифицирующих, отощающих, выгорающих, плавней. Частицы твердых добавок - песка, дегидратированной глины, шамота и других должны быть не более 2 мм, а опилок - не более 8 мм.

Производство керамического кирпича в наиболее общем виде состоит из пяти групп операций [10]:

1) добыча и доставка глинистых пород;

2) обработка глины и приготовление керамической массы;

3) формование кирпича или камней;

4) сушка;

5) обжиг.

2.1 Добыча глины

Добыча глины включает в себя удаление непродуктивных слоев, усреднение и погрузку на транспортные средства. Иногда добычу глины совмещают с естественной обработкой, т.е. с вымораживанием и вылеживанием в замоченном состоянии. Глину добывают в карьере экскаватором и доставляют на завод преимущественно автомобильным транспортом (рис. 1).

Рисунок 1 - Добыча глины одноковшовым экскаватором

Рисунок 2 -Добыча глины многоковшовым экскаватором и её погрузка на вагонетки

Иногда глину добывают многоковшовым экскаватором (рис. 2), что усредняет глину разнородных слоёв, улучшает её однородность. В этом случае доставку глины из карьера производят вагонетками по рельсам.

2.2 Обработка глины и приготовление керамической массы

Цель этой группы операций - разрушить природную структуру глины, т.е. слоистость, неоднородность, измельчить, равномерно перемешать с водой и добавками, получить однородную пластичную массу. Обработка глины может осуществляться естественными и машинными способами.

Естественная обработка глинистых пород может осуществляться вымораживанием или вылеживанием. Вследствие чего глина диспергируется, улучшается её пластичность, формовочные и сушильные свойства.

Естественные способы обработки технологически и экономически эффективны, чем машинные, но требуют значительных площадей. В связи с чем применяются преимущественно на сезонных заводах небольшой производительности.

Искусственная (машинная) обработка глины осуществляется при помощи различного глиноперерабатывающего оборудования.

На современных зарубежных и отечественных заводах обработка глинистого сырья и приготовление керамической массы осуществляются, как правило, в два этапа с обязательным вылеживанием проработанной керамической массы (шихты) между первым и вторым этапами (рис. 3).

I - Первый этап обработки глинистого сырья и приготовления керамической массы;

II - Второй этап обработки глинистого сырья и приготовления керамической массы.

2.2.1 Глинорыхлитель

Глину из карьера или склада подают в двухвальный глинорыхлитель (рис. 4) и измельчают до кусков 35-50 мм. Принцип действия заключается в следующем: два вала с билами вращаются навстречу друг другу, измельчают куски глины, которые проваливаются вниз в промежутках между билами.



Рисунок 3 - Технологическая схема современного завода керамических стеновых материалов (транспортирующие машины не показаны)

Рисунок 4 - Двухвальный глинорыхлитель,

1 - корпус, 2 - электродвигатель, 3 - редуктор, 4 - бункер рыхлителя, 5 - валы с билами, 6 - шестерённая передача

2.2.2 Ящичный питатель

Под глинорыхлителем расположен бункер с ящичным питателем (рис. 5), представляющим собой короткий пластинчатый или ленточный конвейер 1, верхняя ветвь которого имеет ограждение в виде ящика 2 с шибером 3 для регулирования объема подаваемого материала.

Рисунок 5 - Бункер с ящичным питателем

2.2.3 Вальцы камневыделительные

Камни, попадая в канавки винтового валка, перемещаются по ним вдоль валка и удаляются через течку, а глина раздавливается вращающимися навстречу друг другу валками.

Рисунок 6 - Кинематическая схема вальцов: 1 -- электродвигатель, 2 -- упругая муфта, 3 -- редуктор, 4 -- уравнительная муфта, 5 -- зубчатые колеса, 6, 8, 10, 12, 14 и 15 -- подшипники, 7 -- гладкий валок, 9 -- винтовой валок, 11 -- цепная передача, 13--очистной

После грубого дробления до кусков 10-15 мм глину увлажняют в двухвальном глиносмесителе (рисунок 7) куда при необходимости вводят жидкие и тонкодисперсные твердые добавки.

Рисунок 7 - Двухвальный глиносмеситель

1 - вал с лопастями, 2 - фильтрующая решетка

Глину следует увлажнять паром и горячей водой. Пар проникает в мельчайшие поры глины, что способствует ее более равномерному увлажнению. Для очистки керамической массы от органических включений (корни, древесные отходы и др.) смеситель может иметь на выходе фильтрующую решетку.

2.2.4 Бегуны и глинопротирочная машина

В бегунах (рисунок 8) масса подвергается многократному раздавливающему и истирающему действию тяжелых катков и продавливается в виде жгутов через отверстия в чаше.

Рисунок - 8 Кинематическая схема бегунов: 1 привод, 2 - проработанная масса, 3, 7 - скребок, 4 - чаша, 6 - вращающаяся тарель

Для увеличения степени измельчения и повышения однородности массы целесообразно применять последовательно несколько машин.

При производстве пустотелых изделий тонкое измельчение желательно завершить в глинорастирателе (глинопротирочной машине), в котором керамическая масса протирается через решетки в боковой поверхности цилиндрического корпуса (рисунок 9).

Рисунок 9 - Глинорастиратель: 1 - вал; 2 - протирочные лопатки; 3 - решетки

На этом заканчивается первый этап обработки глинистого сырья и приготовления керамической массы. После этого проработанную и увлажненную керамическую массу подвергают вылеживанию в шихтозапаснике в течение 15-20 дней. При этом происходит более равномерное распределение влаги, набухание глинистых частиц, релаксация (снятие) напряжений, возникших при механической обработке, что приводит к улучшению формовочных и сушильных свойств, увеличению прочности готовых изделий на 20-30%.

2.2.5 Шихтозапасник

Обычно шихтозапасник - это отдельный пролёт здания с заглубленным полом (позиция 1 на рис. 10). Ленточным конвейером с перемещающейся сбрасывающей тележкой 2 проработанная керамическая масса выгружается до величины угла естественного откоса 3. После вылёживания в течение 15-20 дней масса из шихтозпасника при помощи многоковшового экскаватора 4 и ленточного конвейера 5 подаётся на вторичную переработку.

После шихтозапасника осуществляется второй, более короткий этап приготовления керамической массы. На этом этапе керамическая масса еще раз проминается в гладких дифференциальных вальцах и глиносмесителе с пароувлажнением, в котором окончательно увлажняется до нормальной формовочной влажности и подается в пресс. Величина формовочной влажности находится в пределах 18-28 % и зависит от свойств глины, конструкции пресса.

Рисунок 10 - Шихтозапасник, 1 - пол, 2 - перемещающаяся сбрасывающая тележка, 3 - угол естественного откоса, 4 - многоковшовый экскаватор, 5 - ленточный конвейер

2.3 Формование кирпича или камней

2.3.1 Вакуумный пресс

Вакуумные прессы, как правило, используют для получения пустотелых изделий и полнотелого кирпича повышенной марочности. Воздух в керамической массе нарушает связи между отдельными частицами, ухудшает ее формовочные свойства, расширяясь, вызывает в выходящем из пресса брусе упругое последействие с образованием микротрещин, снижающих прочность сырца и готовых изделий. Вакуумирование массы на 2-3 % понижает необходимую формовочную влажность, увеличивает в 2-3 раза прочность сырца и до 2 раз - прочность готовых изделий. Вакуумные прессы представляют собой комбинацию смесителя и пресса, имеют вакуумную камеру 3, герметичность которой создается с двух сторон зонами уплотненной массы - в суживающихся зонах 5 со шнеками 2. Масса перемешивается в смесителе лопастями 1 и шнеком 2, который уплотняет её в суживающейся зоне 5. масса падает в камере 3 в пресс, подвергаясь при этом вакуумированию. Вакуумированная масса еще раз перемешивается нижним шнеком 2, уплотняется и выходит из пресса в виде бруса.

Рисунок 11 - Чертёж вакуумного пресса: 1 - лопатки смесителя; 2 - лопасти; 3 - вакуумкамера; 4 - патрубок; 5 - зоны уплотнения

Для формования пустотелых кирпича и камней используют пустотообразователи (рис. 12), состоящие из скобы 1, которая крепится к мундштуку (изнутри) с прикрепленными к ней спицами 2, оканчивающимися насадками 3 по форме пустот.

Рисунок 12 - Пустотообразователи

2.3.2 Автомат резки и садки сырца

Брус, выдавливаемый из пресса подвергается резке на отдельные кирпичи или камни. При многострунной резке (рис. 13) от бруса, выходящего из пресса сначала отсекается отрезок (мерный брус), который затем разрезается в многострунном автомате на несколько изделий.

Рисунок 13 - Автомат многострунной резки

2.4 Сушка

2.4.1 Туннельная сушилка

После разрезки бруса полученный кирпич-сырец при помощи автоматов различной конструкции (рис. 14) укладывается с большими зазорами на сушильные вагонетки. Электропередаточным мостом вагонетки с кирпичом-сырцом транспортируются к туннельным сушилкам, в которые заталкиваются толкателями.

Сушка - наиболее важный этап в технологии изготовления керамических изделий т.к. трещины у них образуются в основном в процессе сушки.



Рисунок 14 - Автомат укладки кирпича-сырца на сушильные вагонетки

С поверхности влага удаляется быстрее, чем из центра, поэтому усадка поверхности, особенно углов и ребер, в процессе сушки может быть значительно больше, чем центра. Чем больше эти перепады, чем хуже проработана и неоднородна керамическая масса, тем выше вероятность возникновения в сырце напряжений, превышающих предел его прочности и приводящих к возникновению трещин.

Чем меньше перепады влажности в сырце в процессе сушки, тем меньше вероятность возникновения трещин, поэтому наиболее качественно происходит естественная сушка сырца. Но она может применяться только в теплое время года на заводах малой производительности, так как требует больших площадей. Продолжительность естественной сушки зависит от состояния погоды и может длиться от 10 до 20 суток. Естественную сушку осуществляют в сушильных сараях.

Искусственная сушка осуществляется обычно дымовыми газами из обжиговых печей. Для каждой глины и изделий подбирается оптимальный режим сушки - температура газов на входе и выходе, скорость движения газов и другие. В некоторых случаях производится рециркуляция части газов (повторное использование) с тем, чтобы не было резких перепадов по температуре и влажности. Продолжительность искусственной сушки может быть от 16 часов до 7суток, температура теплоносителя - от 35 до 150 С, температура сырца - от 35 до 95 С. Сушат кирпич до остаточной влажности не более 6-8%.

Для сушки кирпича-сырца применяют обычно туннельные сушилки непрерывного действия (рис.15), в которых вагонетки с кирпичом-сырцом 1 перемещаются по рельсам навстречу дымовым газам.

Рисунок 15 - Схема туннельной сушилки

Иногда в туннельных сушилках при помощи вентиляторов с подогревателями (калориферами) организовывают зигзагообразное перемещение теплоносителя (рис. 16). На некоторых заводах могут быть камерные сушилки периодического действия, в которых кирпич не перемещается, омывается теплоносителем при помощи вентиляторов.

Рисунок 16 - Схема туннельной сушилки с зигзагообразным движением теплоносителя

2.4.2 Автомат перегрузчик сырца с сушильных вагонеток на печные

Высушенный сырец различными автоматами перекладывается с сушильных вагонеток на обжиговые вагонетки (рис. 17).



Рисунок 17 - Автоматы-перегрузчики сырца (жёлтые) с сушильных вагонеток на обжиговые фирмы «Келлер» (Германия)

2.5 Обжиг

2.5.1 Туннельная печь

Вагонетки с изделиями перемещаются в печи и последовательно проходят зоны:

1 - подъема температуры до 900-1000 С (подогрев);

2 - выдержки при температуре от 900 до 1000 С (обжиг);

3 - снижения температуры до 50-60 С (охлаждение).

Режим обжига (график изменения температуры от времени) подбирается в зависимости от свойств керамической массы и обжигаемых изделий (размеры, пустотность и др.). На рис. 18 показан вариант режима обжига различных керамических стеновых материалов. Общая продолжительность обжига 32 часа.

В зону подогрева поступают дымовые газы из зоны обжига. В зоне обжига происходит горение топлива (газ, мазут или уголь). В зоне охлаждения кирпич охлаждается наружным воздухом, который в свою очередь нагревается и поступает в зону обжига для горения топлива.

Рисунок 18 - Варианты режимов обжига кирпича в туннельных печах

2.5.2 Автомат пакетировки и склад готовой продукции

Вагонетки с обожжённым кирпичом выкатываются из печи и электропередаточным мостом транспортируются на участок упаковки. Готовый кирпич укладывается на поддоны, перевязывается металлическими лентами, упаковывается в термоусадочную пленку и доставляется на склад готовой продукции.

Рисунок 19 - Система автоматического контроля и регулирования процесса сушки керамических изделий

3. Технические средства автоматики, используемые при автоматизации технологического процесса

Сушка - один из завершающих этапов технологического процесса производства керамических изделий. Характерные её особенности - неравномерность и, как следствие, возможность образования трещин, поэтому к процессу сушки предъявляют определённые требования:

1 Конечное влагосодержание изделий не должно превышать значения, заданного технологией обжига;

2 Интенсивность сушки в любом сечении изделия не должно превышать максимально допустимого значения, определяемого критерием трещинообразования.

Комплексная автоматизация сушильной установки предусматривает, во-первых, автоматизацию её вспомогательного оборудования и, во-вторых, автоматическое регулирования режима сушки. Рассмотрим систему автоматического контроля и регулирования процесса сушки керамических изделий, изображенную на рис. 19.

Первый контур САР стабилизирует заданную разность температур теплоносителя на входе и выходе из сушилки изменением подачи пара в калорифер, в котором теплоноситель подогревается. Второй контур САР стабилизирует заданную разность влагосодержаний теплоносителя после и до объекта сушки изменением влагосодержания подаваемого в сушилку теплоносителя путём изменения кратности рециркуляции отработанного теплоносителя. Третий контур САР стабилизирует расход теплоносителя.

Температура измерения термометрами сопротивления 1а и 1б, а влагосодержание - автоматическими психрометрами с измерительными преобразователями влажности (3а и 3б). В качестве регуляторов использованы стандартные пропорционально-измерительные регуляторы. Термометры сопротивления подключены ко вторичным показывающим и записывающим приборам 1в и 1г. Вторичные приборы снабжены 100%-ными реостатными измерительными преобразователями, которые подключены ко входам регулятора 1е. К третьему входу регулятора подключен реостатный задатчик 1д; регулятор 1е через реверсивный магнитный пускатель 1ж управляет исполнительным механизмом 1з, сочленённым с регулирующим клапаном, установленным на паропроводе к калориферу.

Переключатель КП1 позволяет переходить с автоматического управления на дистанционное, осуществляемое кнопкой КУ1.

Аналогично при помощи измерительных преобразователей влажности, соединённых со вторичными приборами, и изодромного регулятора осуществляется регулирование перепада влагосодержаний теплоносителя в начале и конце сушилки (поз. 3а, 3б, 3в, 3г, 3д, 3е, 3ж, 3з).

Для стабилизации расхода теплоносителя поддерживают постоянный перепад давления в начале и конце сушилки. Разность давлений передаётся на дифференциальный манометр с реостатным измерительным преобразователем на выходе и затем на изодромный регулятор (поз. 2а, 2б, 2в, 2г, 2д, 2е, 2ж). Для поддержания постоянного давления пара на паропроводе перед регулирующим клапаном установлен регулятор 4а прямого действия («после себя»).

Схемой блокировки (рис.20) предусмотрено автоматическое отключение узла регулирующего воздействия на исполнительные механизмы регуляторов (расхода, влажности, температуры) во время загрузки и выгрузки сырья с последующим включением их в работу через определённое (заданное) время. Импульс на отключение регуляторов подаётся от конечного выключателя S, который срабатывает при открывании дверей сушилки. При замыкании конечного выключателя S срабатывает реле блокировки К1 и включается а работу реле времени К3. Размыкающими контактами реле К1.3 и К1.4 разрывается цепь автоматического управления исполнительными механизмами регулирования расхода и температуры теплоносителя.



Рисунок 20 - Схема блокировки системы регулирования сушки в период толкания вагонеток

Замыкающим контактом К1.2 реле включает реле блокировки К2, а контактом К2.1 - реле времени К4. Размыкающий контакт К2.2 отключает цепь автоматического регулирования влажности теплоносителя. Через заданное время срабатывает реле времени К3 и своими контактами выключает реле К1; последнее при помощи размыкающих контактов подключает цепи автоматического регулирования влажности теплоносителя. При освобождении контакта S схема возвращается в исходное положение [6].

3.1 Назначение, устройство и параметры датчиков

Датчик является одним из наиболее ответственных звеньев автоматической системы контроля, регулирования и управления.

Измерительным преобразователем (датчиком) называется чувствительный элемент, предназначенный для измерения физической величины и преобразования ее в величину другого вида, более удобную для усиления, передачи на расстояние и воздействия на исполнительный механизм [4мясковский].

Величина, воспринимаемая и контролируемая датчиком, называется входной, величина, преобразованная датчиком и вырабатываемая им -- выходной.

3.1.1 Датчик разности двух давлений (дифференциальный манометр)

В настоящее время применяются мембранные дифманометры типа ДММ (рис.21) с чувствительным элементом в виде гофрированной коробки и индукционным датчиком плунжерного типа [11].

Основные данные по дифференциальным манометрам:

Пределы измерения: 4-1000 кгс/см2;

Статическое давление рабочей среды: 250 кгс/см2. Мембранные чувствительные элементы дифференциальных манометров типа ДММ выдерживают полное одностороннее статическое давление.

Рисунок 21 - Дифференциальный манометр типа ДММ

3.1.2 Термометры сопротивления

Термометры сопротивления (рис.22) измеряют среднюю температуру в пространстве, где они установлены. Чувствительный элемент термометра сопротивления состоит из металлической проволоки, намотанной на каркас слюды, кварца или фарфора и вставленный в защитную арматуру. Термометры сопротивления изготавливают из платиновой или медной проволоки. Платиновые термометры применяются при длительном измерении температуры в пределах от -120 до +500оС; медные - в пределах от -50оС до +100. Термометры сопротивления ЭТП-XXI и ЭТП-XXII (различаются тем, что у первого штуцер неподвижный, а у второго подвижный) имеют предел измерения от 0 до +500 оС , условное давление - 24,5 МПа [11].

3.1.3 Автоматический психрометр

Психрометр автоматический электронный ПЭ предназначен для измерения относительной влажности воздуха и газов. [4]

Прибор состоит из измерительного преобразователя и вторичного прибора - электронного автоматического моста переменного тока.

Определение относительной влажности психрометрическим методом основано на зависимости интенсивности испарения влаги в окружающую среду. Интенсивность испарений тем больше, чем суше воздух, и, наоборот, - тем меньше, чем больше масса водяных паров, содержащихся в воздухе. Так как процесс испарения влаги требует затраты определённого количества тепла (т.е.скрытой теплоты испарения), заимствованного из влаги, температура последней, а также, соприкасающихся с ней тел, понижается и притом тем значительней, чем интенсивнее происходит испарение, т.е. чем суше окружающий воздух.

Тело, с поверхности которого происходит испарение, принимает некоторую температуру, называемую температурой «мокрого термометра». Чем меньше влажность контролируемой среды, тем ниже температура «мокрого» термометра и тем больше психрометрическая разность - разность показаний «сухого» и «мокрого» термометров [11].

Рисунок 22 - Термометры типов ЭТП-XXI и ЭТП-XXII

Выпускаемые промышленностью автоматические психрометры типа ПЭ позволяют измерять относительную влажность от 20 до 100 % при температуре окружающей среды Оч-50 С. Основная погрешность прибора 3 %; постоянная времени 1ч - 3 мин. [4]. Во вторичном приборе автоматического психрометра типа ПЭ находится измерительное устройство, включающее одновременно и автоматическую компенсацию температуры измеряемой среды.

Рисунок 23 - Принципиальная схема автоматического психрометра,

R1 и R2 - общие плечи мостов I и II, Rтс - сухой термометр сопротивления, Rтм - мокрый термометр сопротивления, Rр - реохорд, ЭУ - электронный усилитель, РД - реверсивный двигатель, Rл - сопротивление линии

3.2 Назначение, устройство и параметры регистрирующих и показывающих приборов

3.2.1 Автоматический электронный потенциометр

ВП - вибропреобразователь, Тр-1 - входной трансформатор, Тр-2 силовой трансформатор; Л1 и Л2 - электронные лампы типа 6Н9С; Л3 и Л4 - электронные лампы типа 6Н7С; РД - реверсивный двигатель; СД - синхронный двигатель; ТП - термопара или датчик э.д.с. Электронные потенциометры типа ЭПД (рис.24) могут работать в комплекте с термопарами, радиационными пирометрами и другими датчиками э.д.с.



Рисунок 24 - Принципиальная схема прибора типа ЭМД

Термопара ТП подключается к вершинам диагонали измерительного моста. Если измеряемая термо-э.д.с. равна падению напряжения на реохорде, схема находится в равновесии. При изменении термо-э.д.с. на величину, превышающую чувствительности усилителя, на его вход поступают сигналы постоянного тока. Вибропреобразователь ВП преобразует и усиливает полученный сигнал до величины, достаточной для приведения в действие асинхронного реверсивного двигателя РД-09. Вращаясь, двигатель перемещает движок реостата до восстановления равновесия системы. Дальше прибор действует так же, как электронный мост типа ЭМД.

Из схемы видно, что измерительный мост потенциометра состоит из двух ветвей: рабочей, в которую включен реохорд, и вспомогательной состоящей из сопротивлений и служащей для обеспечения точности измерения. Электронные потенциометры типа ЭПД могут работать в комплекте с термопарами, радиационными пирометрами и другими датчиками э.д.с. Предел измерений - от -50 до +1800оС [11].

3.2.2 Дифференциальный манометр

Деформационные дифференциальные манометры. Принцип их действия основан на преобразовании измеряемого давления в величину деформации упругого элемента (мембраны, сильфона). По конструкции они подразделяются на мембранные и сильфонные. Чаще применяются мембранные манометры.

Мембранные дифманометры служат для измерения как небольших избыточных давлений и разрежений, так и разности давлений в системах дистанционных передач при измерении расхода по перепаду давления. На рис.25 показана схема устройства дифференциального манометра типа ДМ с электрическим выходным сигналом. Чувствительным элементом прибора является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок 1 и 3, закрепленных с обеих сторон в основании 2, которое с верхней и нижней крышками корпуса образует две камеры: нижнюю - плюсовую и. верхнюю - минусовую. Внутренние полости мембранных коробок, заполненные Дистиллированной водой, сообщаются через отверстие в перегородке. Центр мембраны верхней коробки с помощью немагнитного штока жестко связан с сердечником 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5. Сердечник находится внутри трубки 6. Давления Рх и Р2 к камерам подводятся через два запорных вентиля, расположенных на вертикальных трубках. Под воздействием разности давлений Pi-Р2 нижняя мембранная коробка сжимается, жидкость из нее перетекает в верхнюю коробку, вызывая перемещение центра мембраны верхней коробки, а вместе с тем и сердечника дифференциально-трансформаторного преобразователя, что приводит к изменению взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками преобразователя, а следовательно, и к изменению напряжения на выходе его пропорционально измеряемому перепаду давления [12].



Рисунок 25 - Схема дифманометра мембранного типа ДМ

3.2.3 Пирометрический милливольтметр

Термо-э.д.с. термопары можно измерять милливольтметром или компенсационным методом.

Действие магнитоэлектрического милливольтметра основано на взаимном влиянии поля постоянного магнита и магнитного поля, образованного током, проходящем по рамке прибора (рис.27). Магнитное поле рамки перпендикулярно к его плоскости. Взаимодействие полей создаёт вращающий момент, стремящийся повернуть вокруг оси рамку 3 , находящуюся в кольцевом зазоре, образованном сердечником и полюсными наконечниками 1 и 2 постоянного магнита. Противодействующий момент создается спиральными пружинками 4. Магнитный поток в кольцевом зазоре регулируется перемещением магнитного шунта.

К рамке прибора прикреплены стрелка из алюминиевой трубки с ножевидным концом и два усика с резьбой для установки балансировочных грузиков. У показывающих приборов рамка милливольтметра обычно имеет стальные керны, опирающихся на агатовые подпятники.

Погрешность, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха на каждые 10оС от +20оС не выше ±0,75% от измеряемой величины.

Рисунок 27 - Принципиальная схема пирометрического милливольтметра

У самопишущих приборов подвижная система подвешивается на растяжках из фосфористой бронзы шириной 0,2 мм и толщиной 0, 015 - 0,025 мм. Подвески переносят толчки и вибрацию лучше, чем керны, и создают меньший момент от трения. Противодействующий момент, поворачивающий рамку милливольтметра в начальное положение, в самопишущих приборах создаётся подвесками. Волоски или подвески одновременно используются для подвода тока к рамке прибора.

Рисунок 28 - Самопишушие вольтметры типов: а) МСЩПр-054 и МСЩР-54 с открытым подводом проводов, б) то же с подводом проводов в трубках, в) с подводом проводов гибким шлангом, г)типов МСЩПр-018 МСЩР-010.

3.3 Назначение, устройство и параметры регуляторов

3.3.1 Пропорциональный регулятор давления прямого действия

Пропорциональным называется регулятор, который поддерживает величину таким образом, что перемещение регулирующего органа пропорционально отклонению этой величины от заданного значения.

Регулятор работает следующим образом. Изменение регулируемой величины вызывает пропорциональное ему по величине перемещение регулирующего органа в направлении восстановления состояния равновесия системы автоматического регулирования, причём скорость движения регулирующего органа тем больше, чем больше скорость изменения регулирующей величины. Новое состояние равновесия (ему соответствует новое положение регулирующего органа) возможно только при новом значении регулируемой величины, т.е регулирование без некоторой статической погрешности невозможно.

Пропорциональное действие в регуляторах практически происходит немедленно.

Рассмотрим устройство пропорционального регулятора давления прямого действия рис.29 [6]. Уравновешивание усилия в регуляторе достигается при помощи пружины 1. Так как усилие пружины изменяется при перемещении штока 2, равновесие возможно при различных значениях регулируемого давления р. Поэтому при изменениях нагрузки давление принимает значение, отличающееся от заданного на величину статической ошибки. Заданное значение давления устанавливают натяжением пружины.

Степень неравномерности (предел пропорциональности) можно изменить установкой пружины другой жесткости.

Пропорциональные регуляторы позволяют устойчиво регулировать работу практически всех промышленных регулируемых объектов.

Рисунок 29 - Пропорциональный регулятор давления прямого действия

3.3.2 Электронные регуляторы

Регулирующие приборы типов ЭР-С и ЭР-2С. Эти приборы работают в интервале температур от -120 до +500оС. На рис. 30 приведена схема регулирующего прибора типа ЭР-С-59 [11]. Схема представляет собой равновесный мост постоянного тока, образованный сопротивлениями R52, R55, R56, R57, задатчиком и термометрами сопротивления. При заданном значении регулируемой температуры напряжение на выходе измерительного блока равно нулю. Отклонение регулируемой температуры от заданного значения вызывает появление постоянного напряжения на выходе измерительного устройства, пропорционального этому направлению. Знак сигнала зависит от направления отклонения температуры.

Рисунок 30 - Схема регулирующего прибора типа ЭР-С-59

При необходимости суммирования сигналов от двух термометров сопротивления в случае регулирования соотношения температур или автоматического ввода коррекции по температуре в другой точке применяется электронный регулирующий пробор типа ЭР-2С. На рис.31 приведена схема прибора типа ЭР-2С-59 с релейным выходом.

Рисунок 31 - Схема прибора типа ЭР-2С-59

4. Обзор современных отечественных и зарубежных средств автоматизации производства керамических изделий

1) Термопары

Рисунок 32 - Термопара

MKP/E - Термопара в жаропрочной оболочке,

тип K (NiCr-Ni), ПВХ кабель

диапазон измерения -220...+1150°C;

ПВХ кабель, длиной 2м, 4м, 6м и 8м;

максимальная температура кабеля: -30...+105°C

крайне устойчив в экстремальных условиях (давление, вибрация, сотрясение) - термоэлемент находится в жаропрочной окиси магния;

гибкая оболочка для проведения измерений в труднодоступных местах [8].

Преобразователи термоэлектрические для измерения температур в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары [9].

ТПП 5 182 002

0…+1300

ТПР 5 182 003

+300…+1600

ТПР 5 182 004

+300…+1600



Рисунок 33 - Термопара

Преобразователи термоэлектрические для измерения температур в окислительных и нейтральных газовых средах, не содержащих веществ, вступающих во взаимодействие с материалами термопары.

ТПП 2 821 004

0…+1300

ТПР 2 821 005

+600…+1600

ТПР 2 821 006

+600…+1700

Рисунок 34 - Термопара

2) Расходомер

Метрологические характеристики расходомера.

Пределы допускаемой относительной погрешности при измерении объема по импульсным сигналам и индикатору не превышают:

± 1,0 % - при расходах от Qt1 до Qmax;

± 2,0 % - при расходах от Qt2 до Qt1.

Рисунок 35 - Расходомер

Межповерочный интервал - 4 года

Гарантийный срок - 4 года

Характеристики измеряемой среды:

температура от 0 до 150 °C;

давление не более 1,6 МПа;

плотность от 700 до 1 200 кг/м3

максимальная скорость от 0,02 до 8 м/с;

потеря давления, не более

0,05 МПа для Ду 20-32

0,01 МПа для Ду 50-100

содержание твердых и газообразных веществ не более 1% от объема.

Исполнения

Расходомер КАРАТ-РС состоит из измерительного блока и проточной части.

По дополнительному заказу может поставляться:

Комплект монтажных частей Ду 20 - 32 - КМЧ1;

Комплект монтажных частей Ду 40 - 100 - КМЧ2;

Монтажные вставки для Ду 20 - 100 - МВ

3) Программируемый регулятор температуры РТ-2

Рисунок 36 - Регулятор

Назначение:

Автоматическое регулирование температуры в различных технологических процессах

Может использоваться для управления любыми видами нагревателей

Основные функции

Работа с платиновыми датчиками температуры и цифровыми датчиками типа DS1820

Законы регулирования: двухпозиционный, широтно-импульсное регулирование

Задаваемые параметры:

уровень стабилизации температуры

гистерезис регулирования

интервалы широтно-импульсного регулирования

Защита от коротких замыканий

Сигнализация превышения температуры и отказа датчика

Устанавливается на DIN-рейк

Технические характеристики

Диапазон измерения и регулирования температуры, °С

-55...+100 / -90...+500*

Дискретность, °С

0,1

Точность регулирования, °С

0,5 / 2,0

Максимальная мощность нагрузки, кВт

0,2

Длина линий связи, м

до 20

5. Технико-экономическая эффективность автоматизации технологического процесса

При разработке проектной документации автоматизации объекта на стадии технического прогресса необходимо определить технико-экономическую эффективность автоматических систем и сроки окупаемости.

Выбор оптимальных вариантов и определение экономической эффективности автоматизированных систем производится путем сравнения технико-экономических показателей с исходной базой. За базу следует принимать лучшие отечественные и импортные образцы.

При установлении реальной величины экономического эффекта, получаемого в результате внедрения по автоматизации производства на данном предприятии за базу должны приниматься:

- в первом случае - заменяемые средства автоматизации или показатели ручного труда при замене его автоматикой. При этом технико-экономические показатели должны быть рассчитаны применительно к данным производственным условиям конкретного предприятия;

- во втором случае - действующие наиболее распространенные в данной отрасли средства автоматизации, если созданная техника предназначена для широкого использования в отрасли.

Базовые показатели берутся за основу расчета экономической
эффективности. Их следует корректировать с учетом возможного изменения к моменту освоения новых средств автоматизации, т. е. необходимо принимать во внимание влияние фактора времени (но не всегда).

Наиболее эффективным вариантом автоматизации по сравнению с базовым считается тот, осуществление которого связано с минимальными капитальными затратами и который обеспечивает наименьшую себестоимость продукции. Экономическая эффективность определяется посредством системы основных и дополнительных показателей. Основные показатели: капитальные вложения, необходимые для внедрения автоматизации; себестоимость продукции; срок окупаемости капитальных вложений; производительность оборудования, характеризуемая количеством продукции, выпускаемой за год.

Особенностью промышленности строительных материалов является удельный вес основных материалов в себестоимости продукции. Учитывая это, к дополнительным показателям относятся: удельные расходы сырья и энергии; количество продукции (сортность, марочность); коэффициент использования календарного времени работы оборудования; высвобождение обслуживающего персонала.

5.1 Расчет капитальных вложений

При расчете экономической эффективности автоматизации следует различать общие, новые и дополнительные капиталовложения. Дополнительные капиталовложения (КД, руб.) представляют собой разность общих капиталовложений по сравниваемым вариантам, приведенных к годовому выпуску продукции по новому варианту и рассчитываются по формуле:

или

КД = (К2у - К1у),

где К1о и К2о - общие капитальные вложения по базовому и сравниваемому вариантам, руб.;

В1 и В2 - годовой выпуск продукции по базовому и сравниваемому варианту, т;

К1у и К2у - удельные капитальные вложения по базовому и сравниваемому вариантам, руб.

Недоамортизированная часть стоимости (Ку, руб.) рассчитывается по формуле:

Ку = Ко - Кл = Кп(1 - аТ) - Кл,

где Ко - остаточная стоимость используемой части ранее действовавшего оборудования, руб.;

Кп - первоначальная стоимость оборудования, руб.;

а - годовая норма амортизации, %;

Т - число лет, отработанных оборудованием;

Кл - ликвидированная стоимость оборудования, руб.

5.2 Расчет экономии от снижения себестоимости продукции

Годовая экономия от снижения себестоимости, руб.:

Э = (С1 - С2)В2,

где С1 и С2 - себестоимость единицы продукции по базовому и сравниваемому вариантам, руб./т;

В2 - годовой выпуск продукции по сравниваемому варианту, т.

5.3 Расчет срока окупаемости

Срок окупаемости дополнительных капиталовложений, год:

где Кд - дополнительные капиталовложения, руб.;

С1 и С2 - себестоимость годового выпуска продукции по базовому и сравниваемому вариантам, руб./год.

Заключение

В современной промышленности строительных материалов появляются все более производительные и автоматизированные приборы и оборудование. Человек уже не в состоянии точно и качественно осуществлять контроль без специальных устройств. Одним из наиболее важных параметров, который необходимо контролировать, является контроль измерения расхода веществ. Ведь от точной дозировки компонентов зависит качество получаемой продукции, а следовательно и имидж предприятия. Применение расходомеров и счетчиков - это неотъемлемая часть производства, позволяющая контролировать издержки и себестоимость продукции.

Список литературы

1. Майзель М. М. Основы автоматики и автоматизации производственных процессов. - «Высшая школа», М., 1964

2. Нечаев К. Г., А. П. Пух, Ружичка В. А. Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии. - Киев: «Вища школа», 1979. - 280 с.

3. Беркут А. И., Рульнов А. А. Системы автоматического контроля технологических параметров. - М.: Издательство ассоциации строительных вузов, 2005. - 144 с.

4. http://www.ngpedia.ru/id348743p3.html

5. Боронихин А.С., Гризак Ю.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов. - М.: Стройиздат, 1974. - 312 с.

6. Мясковский И. Г. Тепловой контроль и автоматизация тепловых процессов. - М.: Машиностроение, 1978. - 208 с., ил.

7. www.comodity.ru

8. http://www.vec-ing.ru/?do=menu&id=42826

9. http://www.omsketalon.ru/?action=tprtpp&

10. Каракулов В. М. Лекции по дисциплине Технология изоляционных материалов, 2011.

11. Кошарский Б. Д. Справочник по приборам теплового контроля и авторегулирования для электростанций и промышленных котельных. - М.: Энергия, 1964. - 512 с.

12. http://www.comodity.ru/equipment/31.shtml

Размещено на Allbest.ru

...