Разработка принципов и методов построения пневматических систем автоматизированного дозирования жидкостей

Таблица 3. Типы расходных резервуаров под давлением.

Далее, в соответствии со сформулированными выше критериями, разрабатывалась принципиальная схема типовой САД.

Результаты применения рассмотренной методики представлены на рис.7 графически в виде различных вариантов и логических условий перехода к типовым САД. Заметим, что некоторые сочетания основных параметров ИД не входят в логические условия и считаются нерациональными. К этим сочетаниям относятся: А1 - Б3, А7 - Б1, А7 - В2, А7 - В3.

В обозначениях типовых САД используется следующая буквенно-цифровая аббревиатура: Д - дозатор; Т - с отмериванием дозы по времени; У - с отмериванием дозы по уровню жидкости в таре; G - с отмериванием дозы по весу; -1 (2) - число каналов дозирования; -СЭ - пополнение РР с помощью сифона (С), запускаемого в работу под действием разрежения, создаваемого в РР струйным эжектором (Э); -Э - пополнение РР под действием разрежения, создаваемого в РР струйным эжектором; -К - с линией пополнения РР через пневмоклапан; -Д - подача жидкости из транспортировочной тары под давлением, создаваемым регулятором давления.

В соответствии с рассмотренной методикой проектирования типовых САД были разработаны их технологические схемы и принципиальные схемы (аппаратурная реализация) УУ.

Как следует из рис.7, большинство из полученных вариантов схем построения типовых САД разнятся лишь по количеству каналов дозирования (1 или 2); при этом схемы двухканальных САД отличаются от соответствующих схем одноканальных систем наличием дополнительной линии налива и соответствующих однотипных функциональных узлов УУ. Поэтому в диссертации иллюстрация аппаратурной реализации УУ ограничена тремя базовыми вариантами построения САД (см. рис.6).

Логические условия к рис.7:

Q1 = А1 & Б1 & В1 & Г1; Q2 = А1 & (Б1VБ2VБ3) & (В2VВ3) & Г4;

Q3 = А2 & (Б1VБ2) & (В1VВ2VВ3) & Г4; Q4 = А2 & Б3 & (В1VВ2VВ3);

Q5 = А3 & (Б1VБ2VБ3) & В1; Q6 = А3 & Б3 & (В1VВ2VВ3); Q7 = А4 & Б1 & (В1VВ2VВ3);

Q8 = А4 & (Б2VБ3) & (В1VВ2VВ3); Q9 = А5 & Б1 & В1 & Г2; Q10 = А5 & Б1 & (В2VВ3) & Г1;

Q11 = А5 & (Б2VБ3) & (В2VВ3); Q12 = А5 & (Б2VБ3) & В1; Q13 = А6 & Б1 & В1 &Г2;

Q14 = А6 & Б1 & (В2VВ3) & Г1; Q15 = А6 & (Б2VБ3) & В1; Q16 = А7 & (Б2VБ3) & В1.

С учетом индивидуальных особенностей ТП, а также в зависимости от технологического оборудования, используемого заказчиком, особенностей свойств дозируемой жидкости, типа тары и т.п. факторов приходится вносить изменения в принципиальные схемы УУ. Кроме того, необходимо вносить изменения и в монтажную схему.

Вышесказанное делает понятным интерес к компьютеризации процесса проектирования и изготовления САД.

При разработке принципиальной схемы УУ целесообразно использовать графические шаблоны схем элементов, а при разработке его монтажной схемы - графические шаблоны габаритных чертежей элементов, выполненные в масштабе 1:1. В этом случае после проработки монтажной схемы последняя может использоваться как размеченный шаблон при механической обработке монтажной платы, что резко сокращает время ее изготовления.

Шаблоны принципиальных и монтажных схем наиболее часто используемых в УУ САД пневмоэлементов, выполненные в системе AutoCAD, показаны на рис.8.

Рис.8. Шаблоны принципиальных и монтажных схем пневмоэлементов.

Таким образом, в главе 3 получены следующие основные результаты: исследованы и разработаны принципы порционного дозирования жидкостей для решения задач их расфасовки в тару с отмериванием дозы по косвенным параметрам; разработаны методика проектирования и номенклатурный ряд типовых систем расфасовки с ручной установкой тары на позицию налива; разработаны компьютерные шаблоны принципиальных и монтажных схем пневмоэлементов.

В четвертой главе на основе предложенных принципов построения однокомпонентных САД рассматриваются критерии и примеры построения систем многокомпонентного дозирования.

Задачи порционного многокомпонентного дозирования могут решаться посредством построения нескольких (по числу компонентов) автономных систем порционного дозирования. Однако, такое решение не экономично, так как требует значительных аппаратурных затрат на реализацию УУ и дополнительного технологического оборудования.

Отметим также, что рассмотренные в главе 2 универсальные САД с преобразователем расхода не позволяют решать задачи многокомпонентного дозирования ввиду сложности настройки заданного соотношения расходов и синхронизации моментов начала и окончания дозирования.

Приемлемыми являются рассмотренные в главе 3 принципы, реализуемые в САД с отмериванием дозы по времени. При этом для реализации непрерывного дозирования в состав УУ даже не требуется вводить временнуе устройство для настройки и отсчета времени дозирования.

С целью стабилизации входящего в выражение (8) конструктивного параметра H*, а также для обеспечения подачи дозируемой жидкости в расположенный произвольным образом (но ниже уровня H*) объект - приемник доз, в схеме ДУ целесообразно сохранить (по аналогии с рассмотренными в главе 2 ДУ) дозировочную емкость (ДЕ). При многокомпонентном дозировании она оборудуется штуцерами ввода отдельных компонентов и выполняет функции емкости-смесителя (ЕС).

Разработанный автором принцип многокомпонентного порционного дозирования, предполагающий одновременное (при порционном дозировании) отмеривание по времени заданных доз отдельных компонентов, их смешивание и транспортировку смеси в объект - приемник доз, а также исключение газовой фазы из смеси компонентов, был реализован в САД, блок-схема которой показана на рис.9.

ОУ содержит следующее оборудование: расходные резервуары РР1,…РРn по числу n компонентов с барботажными трубками - датчиками полных давлений П1 - Пn на входах в питающие трубопроводы; емкость-смеситель (ЕС) с барботажным датчиком уровня; пневмоклапаны дозирования компонентов К1 - Кn и пневмоклапан Ксл на линии слива (ЛС); постоянные дроссели Д1 - Дn, установленные в питающих трубопроводах и служащие для грубой настройки расходов компонентов и их соотношения; приёмник доз (ПД).

УУ содержит пульт управления (ПУ), блок регуляторов (БР) расходов компонентов, блок контроля параметров (БКП), блок дозирования (БД), блок продувки и слива (БПС) и блок контроля герметичности РР (БКГ).

САД обеспечивает: полуавтоматический режим с отмериванием дозы по секундомеру; ручное управление клапанами К1 - Кn и клапаном Ксл на ЛС от пневмотумблеров с ПУ; опорожнение ЛС и ее продувку; контроль герметичности и уровней заполнения РР; контроль гидравлического сопротивления ЛС при подготовке САД к работе; автоматическое отключение подачи сжатого воздуха в РР в случае аварийного повышения давлений в последних; автоматическое отключение подачи дозируемых компонентов в ЕС при превышении в последней установленного значения уровня жидкости.

ПУ содержит тумблеры б1 - бn для включения и выключения подачи давлений в РР; ручные задатчики расходов компонентов (заданных значений Пз1-Пзn параметров П1 - Пn); тумблер бп-з для выбора контролируемого сигнала - "Параметр" (давления П1 - Пn) или "Задание" (давления Пз1-Пзn); тумблеры бк1 - бкn для вызова на образцовый манометр (МО), подключаемый к блоку БКП, одного из сигналов "Параметр" или "Задание"; тумблеры в1 - вn и бсл ручного управления клапанами К1 - Кn и Ксл; кнопки впуск для подачи команды на "Дозирование" и вст для подачи команды на прекращение режима непрерывного дозирования и на отсекание дозы при работе УУ в полуавтоматическом режиме; тумблер бпр для продувки ЛС по окончании работы; тумблер бкг контроля герметичности РР; индикаторы работы регулятора уровня в ЕС и ее переполнения.

Блок регуляторов расходов компонентов (БР) содержит пропорциональные регуляторы РД1 - РДn давлении П1 - Пn. Регуляторы вырабатывают сигналы В1 - Вn подачи давлений сжатого воздуха в РР и сигналы Б1 - Бn питания барбртажных датчиков давлений.

Блок контроля параметров (БКП) предназначен для контроля по МО по вызову оператора любого параметра или задания, а также уровня жидкости в ЕС - при выключенных положениях тумблеров бк1 - бкn.

Блок дозирования (БД) формирует сигналы управления Z1-Zn клапанами К1 -Кn и командный сигнал Zд включения операции "Дозирование".

Блок продувки и слива (БПС) реализует следующие функции:

управление транспортировкой смеси в ПД с автоматической стабилизацией уровня жидкости в ЕС, осуществляемой посредством двухпозиционного регулятора; регулятор включается в работу сигналом Zд =1 и формирует сигнал управления Zсл клапаном Ксл на ЛС;

коммутацию газового пространства ЕС с источником питания при продувке ЛС (Zпр = 1 при бпр = 1) или с атмосферой - в отсутствие командного сигнала на продувку (Zпр = 0 при бпр = 0);

формирование сигнала Zбл = 1 автоматической блокировки операции "Дозирование" в случае переполнения ЕС.

Блок контроля герметичности (БКГ) предназначен для оперативного контроля герметичности РР и их герметизации при перерывах в работе системы. При выключенном положении тумблера бкг РР герметизируются. При этом по скорости падения давления в резервуаре, фиксируемой по МО при подключении сигнала соответствующего параметра, может быть оценена степень его герметичности.

Данная система может рассматриваться как типовая универсальная САД многокомпонентного дозирования с широким диапазоном изменения соотношения расходов компонентов и высокой точностью дозирования (±1% от заданной величины дозы); при этом система характеризуется высокой эксплуатационной надежностью, компактностью, пожаро- и взрывобезопасностью.

Рассмотренная САД с емкостью-смесителем принципиально применима для отмеривания достаточно больших доз смешиваемых компонентов при большом количестве последних.

При расфасовке жидкостей в мелкую тару данная САД не обеспечивает требуемую производительность из-за потери времени на опорожнение ЕС и имеет недостаточную точность (особенно при дозировании вязких жидкостей). Для решения задачи расфасовки многокомпонентных составов в мелкую тару (практически до 100 мл) наиболее эффективной по точности и производительности является схема САД с одновременной подачей компонентов непосредственно в тару, с отмериванием дозы по времени.

Блочная схема такой САД показана на рис.10.

Рис.10. Принципиальная схема типовой двухкомпонентной САД.

САД обеспечивает: одновременное объемное дозирование жидких двухкомпонентных составов с заданным процентным содержанием компонентов (например, масла с добавкой экстракта в соотношении 98 : 2) в тару (флаконы) с внутренним диаметром заливной горловины не менее 20 мм в диапазоне 10 - 100 мл с точностью 0,5% от заданного значения объема дозы и производительностью до 20 доз/мин при объеме дозы 100 мл; ручное управление ИМ дозирования; включение ДУ по команде от сенсорной пусковой пневмокнопки; оперативную перенастройку соотношения компонентов; отсутствие "межоперационного" каплеобразования на торцах сливных наконечников.

ОУ содержит расходные резервуары с компонентами (РР1 - для масла и РР2 - для экстракта); линии налива (ЛН1 и ЛН2) компонентов в тару (Т), содержащие двухпозиционные н.о. пережимные пневмоклапаны К1 и К2 и сливные наконечники (СН1 и СН2); пусковую пневмокнопку (Кн).

УУ работает в полуавтоматическом режиме и обеспечивает выполнение следующих функций: включение системы и ее подготовку к работе -заполнение гидрокоммуникаций ЛН1 и ЛН2 посредством ручного (от пневмотумблеров) управления клапанами К1 и К2; автоматическое поддержание, плавную подстройку и выборочный оперативный контроль по МО заданных постоянных величин Пз1 и Пз2 давлений П1 и П2 в процессе дозирования компонентов; плавную подстройку и контроль по МО давления задания дозы рз двухкомпонентной смеси; раздельную по каждой линии налива подстройку заданного процентного содержания компонентов в отмеренной дозе; налив заданных доз компонентов во флакон через клапаны К1 и К2 по команде оператора от сенсорной пусковой пневмокнопки Кн; опорожнение ЛН и промывку гидрокоммуникаций по окончании работы.

УУ содержит пульт управления (на рис.10 не показан), командный узел (КУ), временнуе устройство (ВУ), узел контроля параметров (УК) и регуляторы давлений П1 и П2 (РД1 и РД2).

Таким образом, в главе 4 предложены принципы построения универсальных многокомпонентных САД и показано, что эти системы принципиально не отличаются от систем для дозирования одной компоненты. Предложен также ряд конструктивных и схемных решений, упрощающих и удешевляющих САД, а именно: использование емкости-смесителя, позволяющей вести качественное перемешивание дозируемых компонентов в процессе их транспортировки в объект - приемник доз; использование общего таймера для всех каналов дозирования отдельных компонентов; установление заданного соотношения расходов по отдельным компонентам за счет подбора гидравлических сопротивлений в линиях налива и за счет варьирования давлений в РР.

Показано также, что системы непрерывного многокомпонентного дозирования отличаются от порционных лишь отсутствием таймера отсчета времени дозирования, управляющего клапанами на линиях налива.

В пятой главе рассматривается ряд примеров, которыми иллюстрируются особенности проектирования и аппаратурной реализации (на уровне состава функциональных блоков УУ) индивидуальных систем дозирования и их использования как нестандартного дозировочного оборудования в условиях малых производств.

Комбинированные системы - это системы, в которых сочетаются функциональные узлы УУ, используемые при аппаратурной реализации САД с различными методами отмеривания дозы.

Примером может служить система расфасовки лакокрасочных материалов (ЛКМ). Ее особенностью является чрезвычайно широкий диапазон изменения вязкости дозируемых продуктов, что вызывает необходимость использования в качестве РР герметичного бака под давлением. С другой стороны, требуется обеспечить и чрезвычайно широкий диапазон дозирования (емкость тары может изменяться в пределах от 1 до 30 л). Поэтому за основу следует принять метод отмеривание дозы по уровню, а для обеспечения независимости дозы от уровня жидкости в РР - ввести в состав УУ стабилизатор перепада давлений на линии налива (ЛН). Блочная схема комбинированной САД для расфасовки ЛКМ показана на рис.11.

Система реализует автоматизированную перекачку приготовленного для расфасовки в резервуаре-смесителе (РС) открытого типа продукта в герметичный РР и его разлив в тару объемом от 1 до 30 л.

В состав ОУ входят резервуары РС и РР с гидрозапорной арматурой (вентилями В1 - В6), струйный эжектор (Э) и узел залива тары (УЗ).

РР оборудован барботажной трубкой БТ1 - датчиком полного давления П=р1+Н. ЛН содержит клапан К - шаровой вентиль с двухсторонним пневмоприводом и сменный (в зависимости от вязкости жидкости и емкости тары) СН.

УЗ оснащен перемещаемой вдоль вертикальной оси барботажной трубкой БТ2 (чувствительным элементом датчика уровня) с пневмоприводом от двухстороннего пневмоцилиндра (Ц). Ввод БТ2 в полость тары осуществляется автоматически по команде от пусковой пневмокнопки Кн1 («Дозирование»). Вывод БТ2 из полости тары осуществляется автоматически при касании жидкостью нижней торцевой кромки БТ2 или по команде от пневмокнопки Кн2 («Стоп»), служащей для экстренного прекращения дозирования.

УУ содержит узел датчика наполнения тары (УД) и регулятор давления П (РД) на уровне, выбираемом в зависимости от вязкости ЛКМ.

Системы на конвейерных линиях

В упаковочной отрасли для перемещения тары используются конвейерные транспортеры с шаговым приводом, непрерывные и линейные - шаговые с одновременным перемещением группы тар. Для синхронизации работы САД с перемещением транспортера конвейерной линии целесообразно использовать струйные пневмоэлементы типа «сопло - приемный канал» и вводить в состав УУ узлы связи с конвейерной линией.

В качестве иллюстрации особенностей построения таких САД рассмотрим три примера.

1. САД ингредиентов в упаковки с рыбной продукцией (рис.12) предназначена для автоматизации процесса порционного дозирования ингредиентов (масла или маринадов, в зависимости от типа продукции) в упаковки, перемещаемые по трехручьевой конвейерной линии термоформовочной установки, оснащенной шаговым пневмоприводом.

САД обеспечивает: одновременное объемное дозирование требуемых количеств одного из двух (в зависимости от типа продукции) жидких ингредиентов в три упаковки; равномерное распределение требуемой на каждую упаковку общей дозы ингредиента по двум точкам налива (для исключения пролива продукта); автоматическое включение ДУ по командному сигналу от струйного датчика («сопло - приемный канал») пошагового перемещения транспортера; возможность быстрой перенастройки ДУ при изменении дозы и переходе от одного вида ингредиентов к другому.

В САД реализован принцип отмеривания дозы по времени.

ОУ содержит: РР с БТ - датчиком давления П=р1+Н; линии налива (ЛН1 - ЛН3) ингредиентов, содержащие трубки (Т1-Т3) забора жидкости, двухпозиционные пережимные пневмоклапаны К1 - К3, выходные каналы которых имеют разветвление на два сливных наконечника (СН1-1 - СН3-2); узел датчика перемещения конвейера (УД), имеющий шторку (Ш), жестко связанную с планкой узла привода конвейера, и струйный элемент типа «сопло - приемный канал» с входным каналом питания (ПД ) и выходным каналом (Д).

УУ операциями залива упаковок работает в автоматическом режиме и содержит командный узел (КУ), вырабатывающий сигналы Z1 - Z3 управления клапанами К1 - К3, временнуе устройство (ВУ) для настройки и отсчета времени дозирования, узел контроля параметров (УК) по МО, регулятор давления П (РД) и пульт управления (ПУ) с органами ручного управления клапанами и с органами настройки и индикации процесса дозирования.

2. САД эфирных масел (рис.13) с отмериванием дозы по времени предназначена для автоматизации процесса разлива эфирных масел в тару (стеклянные цилиндрические флаконы емкостью от 10 до 100 мл), перемещаемые на конвейерной линии с непрерывным транспортером.

ОУ включает: РР с дозируемой жидкостью, пополняемый через запорный шаровой вентиль (В); линию налива (ЛН), содержащую питающую трубку (ПТ), пневмоклапан (К) и сменный СН; датчик перемещения тары - струйный элемент типа «сопло - приемный канал» с каналом питания ПД и выходным каналом Д; механизм прижима флакона с приводом от пневмоцилиндра Ц, служащий для его фиксации на позиции налива с помощью ограничительной пластины (ОП). УУ содержит пульт управления (ПУ), командный узел (КУ), временнуй узел (ВУ), узел контроля настроечных параметров и регулятор давления П=р1+Н.

Дозирование жидкости ведется по команде, формируемой струйным элементом - датчиком перемещения тары. При перемещении флакона по транспортеру и перекрытии им соосно расположенных каналов струйного элемента в КУ формируется временная задержка ф1, равная времени перемещения флакона от зоны срабатывания датчика до зоны действия механизма прижима.

По окончании выдержки времени ф1 срабатывает механизм прижима, обеспечивающий фиксацию флакона на позиции налива, и формируется выдержка времени ф2, незначительно превышающая время дозирования ф, настраиваемое элементами ВУ. Разница выдержек времени ф2 и ф выбирается с учетом времени срабатывания клапана на закрытие по окончании времени дозирования. По окончании выдержки времени ф2 механизм прижима выключается, обеспечивая дальнейшее перемещение наполненного флакона по транспортеру конвейерной линии.

Описанный цикл повторяется при очередном срабатывании датчика перемещения флакона.

3. Многоканальные системы дозирования.

В данном примере рассматриваются принципы построения многоканальных САД, предназначенных, главным образом, для автоматизации операций разлива жидкостей в установках с линейным или роторным конвейером. Те же САД могут использоваться и при необходимости одновременного автоматизированного дозирования одинаковых порций жидкости в несколько приемников доз.

Разработаны и предлагаются два принципа построения многоканальных САД: САД с резервуаром постоянного уровня (РПУ) (рис. 14) по своим функциям аналогична известным установкам разлива гравитационного типа и может применяться для расфасовки маловязких жидкостей; САД с резервуаром постоянного давления (РПД) (рис. 15) может использоваться для расфасовки жидких продуктов средней и высокой вязкости.

РПУ (рис.14) служит для стабилизации гидростатического напора жидкости сgH в линиях ее слива в тары. Каждая из n линий слива содержит пневмоклапан (K2-1- K2-n). Открытие и закрытие клапанов производится одновременно по сигналам Z2-1- Z2-n =1, формируемым командным устройством в составе УУ. Время дозирования настраивается входящим в состав УУ временным устройством. Выравнивание объемов доз по каждому из каналов производится за счет регулировки гидравлических сопротивлений линий слива.

Стабилизация уровня жидкости в РПУ производится посредством двухпозиционного регулятора уровня (РУ), чувствительным элементом которого является установленная в РПУ барботажная трубка (БТ).

РПД (рис.15) обеспечивает многоканальность ДУ и служит для стабилизации перепада давлений Др = р2 + сgH в линиях слива жидкости в тары. Стабилизация перепада давлений Др производится посредством двухпозиционного регулятора давления (РД).

Многоручьевые САД

Среди многообразия фасовочных производств можно выделить производства, специализирующиеся на выпуске продукции в мелкой нестандартной таре (полиэтиленовые «конусы», легкие и неустойчивые пластиковые флакончики и т.п.). К этим производствам можно отнести производства продуктов фармацевтики и парфюмерии, жидкостей для ветеринарии и др.

Для увеличения производительности системы расфасовки такую тару размещают в специальных прямоугольных палетах с гнездами для тары, устанавливаемой рядами по несколько штук в ряду.

При заливке такой палеты для минимизации аппаратурных затрат на реализацию САД целесообразно использовать принцип многоручьевого дозирования через раздаточную гребенку с несколькими СН (по числу гнезд палеты в одном ряду). Ввиду малости дозы, в рассматриваемом случае целесообразно также использовать принцип отмеривания дозы по времени.

Для его реализации организуется напорное истечение жидкости из РР с постоянным перепадом давлений на ЛН, обеспечиваемым регулятором давления в составе УУ. При этом величина дозы определяется временем дозирования и проходными сечениями СН (сопл) раздаточной гребенки.

Обеспечение равенства доз по каждому каналу дозирования достигается механической подгонкой проходных сечений (внутренних диаметров) сливных сопл. Хотя эта операция достаточно трудоемка (особенно при большом количестве сопл), построение САД по указанному принципу является оправданным, так как здесь требуется всего лишь один пневмоклапан на линии налива и один пневматический таймер для задания и отсчета времени дозирования.

Блочная схема построенной по вышеуказанным принципам многоручьевой САД приведена на рис.16.

Рис.16. Блочная схема многоручьевой САД.

ОУ содержит следующее оборудование: РР с дозируемой жидкостью, линию налива (ЛН) жидкости в тару, содержащую установленную в крышке РР питающую трубку (ПТ), двухпозиционный н.о. пережимной пневмоклапан К, раздаточную гребенку со сливными наконечниками (СН), вентиль В и вспомогательную емкость (ВЕ), используемые для удаления пузырьков воздуха из гидрокоммуникаций ЛН при подготовке ДУ к работе, сенсорную пусковую пневмокнопку Кн.

Палета с тарой перемещается вручную вдоль направляющих и раз за разом фиксируется с помощью шарикового фиксатора на позиции налива так, что заливные горловины не наполненной тары оказываются сориентированными под сливными наконечниками.

УУ содержит командный (КУ) и временнуй (ВУ) узлы, узел контроля настроечных параметров (УК) и регулятор давления П=р1+Н (РД).

Пневмоэлектронные системы дозирования

В данном разделе рассматриваются разработки автора, направленные на модернизацию систем расфасовки жидкостей в тару с целью повышения их точности и сокращения аппаратурных затрат на реализацию пневматической части УУ.

Предложенные в главе 3 принципы построения САД по косвенным параметрам позволяют строить конструктивно простые и надежные дозаторы, обладающие достаточно высокой точностью дозирования (0,5%).

Для большинства случаев практического применения (например, при расфасовке технических жидкостей) этой точности достаточно. При расфасовке же дорогостоящей продукции требуется более высокая точность дозирования.

Проведенное экспериментальное исследование метрологических характеристик САД с отмериванием дозы по времени показало, что указанная выше точность дозирования (±0,5%) обеспечивается в диапазоне от 1 мл до 2 - 3 л. При этом максимальное время выдачи дозы составляет 15 - 20 сек. и основным источником погрешности дозирования является погрешность пневматического временнуго устройства. Поэтому для повышения точности дозирования предложено временнуе устройство с электронным таймером.

В качестве типового примера модернизации САД на рис.17 показана принципиальная схема ее пневмоэлектронного варианта.

САД обеспечивает объемное дозирование не пенящихся или слабо пенящихся жидкостей в тару различной емкости в диапазоне 10 - 3000 мл с точностью 0,3% от заданного значения объема дозы и производительностью до 900 доз в час при объеме дозы 100 мл, включение ДУ по команде от сенсорного электрического емкостного датчика, пополнение РР из расходной емкости (РЕ) под действием разрежения, создаваемого струйным эжектором (Э).

В состав УУ входят электронное временнуе устройство (ВУ) и пневматический регулятор давления в РР (РД).

Для реализации ВУ использована электронная аппаратура фирмы STS Electronics (Болгария). ВУ включает в себя: таймер ТР типа STS 102-04 FA, блок питания (БП) типа STS 312, выносную сенсорную пусковую кнопку (СК) - емкостной датчик типа СД 18 N1 D2L/B, электропневмопреобразователь (ЭПП) типа П1ПР.5 (элемент УСЭППА), инверсный усилитель давления (У) типа П-1196 (системы ЦИКЛ).Время дозирования задается в пределах 0 - 100 сек. с разрешающей способностью 0,01 сек. Дозирование начинается при касании сенсорной кнопки СК. Окончание дозирования происходит через заданный интервал времени.

РД содержит задатчик ЗД заданной величины (Пз) полного давления на входе в ПТ с постоянным дросселем (д) в цепи его питания, повторители-усилители мощности УМ1 и УМ2, выполняющие функцию пропорционального регулятора полного давления П=р1+гH на входе в ПТ, и контрольный манометр (М). Функцию датчика давления П выполняет БТ.

Подача воздуха в РР производится через запорный вентиль В1 и БТ. Для стравливания воздуха из РР используется вентиль В2.

доза жидкость автоматизированный

Основные результаты и выводы

В диссертации осуществлено теоретическое обобщение и дано практическое решение имеющей важное народно-хозяйственное значение научно-технической проблемы создания конкурентоспособного однотипного жидкостного дозировочного оборудования для автоматизации ТП, содержащих контуры дозированной подачи жидкостей. В работе представлены материалы исследований и предложены структурные и схемотехнические решения по созданию комплекса пневматических САД жидкостей с отмериванием дозы по косвенным параметрам, представляющие собой новую оригинальную технологию в этой области.

Принятая за основу для аппаратурной реализации УУ в составе САД элементная база промышленной пневмоавтоматики систем УСЭППА и ЦИКЛ, являясь функционально полной, позволяет реализовывать алгоритмы управления, требуемые для решения широкого спектра задач автоматизации процессов дозирования жидкостей.

Она легко сочетается с серийно выпускаемыми исполнительными механизмами от таких известных фирм, как Camozzi, Pneumax, SMC, Festo. При построении САД с повышенными требованиями по точности дозирования в составе УУ целесообразно использовать электронную аппаратуру в сочетании с элементной базой пневмоавтоматики.

Все это позволяет значительно упростить конструкцию и снизить затраты на проектирование и изготовление САД, а также придать им ряд положительных качеств, в том числе:

возможность построения однотипных унифицированных систем дозирования в виде совокупности технологических элементов ДУ, образующих ОУ, и пневматического (или пневмоэлектронного) УУ;

простота обеспечения требуемой точности и широкого диапазона дозирования;

допустимость расфасовки жидкостей в тару различного объема и конфигурации;

возможность использования однотипного оборудования на жидкостях с широким спектром изменения физико-химических свойств;

плавность регулировки и оперативной настройки, как величины дозы, так и верхней границы диапазона дозирования;

отсутствие "межоперационного" каплеобразования;

реализация (на их основе) многоканальных и многоручьевых систем дозирования и их совмещение с конвейерными линиями;

пожаровзрывобезопасность при использовании только пневматических средств, простота и безопасность обслуживания.

В настоящее время дозаторы жидких продуктов серии «САД» прошли Государственную сертификацию. На этот тип систем дозирования получены Сертификат соответствия и Санитарно-эпидемиологическое заключение на возможность использования этих устройств для дозирования пищевых, парфюмерных, технических и других жидких продуктов.

По результатам работы можно сделать следующие выводы.

Научные результаты

1. Разработана новая классификация САД по признакам наличия или отсутствия в системе датчиков контроля ее выходных параметров и по методам контроля этих параметров, на базе которой выработаны рациональные принципы организации и построения САД, указанных в цели работы.

2. На основе предложенного нового способа порционного дозирования жидкостей разработан новый класс замкнутых универсальных САД с единым выходным параметром - текущей величиной расхода жидкости на выходе ДУ, преобразуемой в давление сжатого воздуха.

3. Предложена методология анализа систематических погрешностей процессов порционного дозирования жидкостей, приемлемая и для анализа метрологических характеристик аналогичных процессов.

4. Разработаны принципы построения, методика проектирования и номенклатура типовых САД по косвенным параметрам для малых производств на основе использования датчиков параметров течения жидкостей барботажного типа и аппаратуры промышленной пневмоавтоматики систем УСЭППА и ЦИКЛ.

Практичекие результаты

1. Разработаны оригинальные схемы построения и аппаратурная реализация пневматических функциональных блоков УУ в составе САД:

импульсный ПИ- и пропорциональный регуляторы с улучшенными по сравнению с промышленными регуляторами динамическими характеристиками;

временнуе устройство с возможностью плавной регулировки времени дозирования для САД с отмериванием дозы по времени;

высокочувствительный датчик уровня наполнения тары для систем с отмериванием дозы по уровню;

узел контроля веса отмериваемой дозы в системах с отмериванием дозы по гидростатическому давлению столба жидкости.

2. Разработаны критерии и принципы построения универсальных многокомпонентных САД, предложен ряд конструктивных и схемных решений, упрощающих реализацию систем многокомпонентного дозирования.

3. Показаны особенности проектирования индивидуальных САД и их использования как нестандартного дозировочного оборудования для решения задач дозирования жидких продуктов в условиях малых производств.

Результаты работы нашли практическое применение на ряде производств на предприятиях малого и среднего бизнеса, что подтверждается соответствующими актами о внедрении.

Публикации по теме диссертации

1. Безменов В.С., Берендс Т.К. Вопросы автоматизации объектов реагентной очистки промышленных сточных вод на базе средств пневмоавтоматики. Сб.: Пневматические и гидравлические устройства и системы управления. 10-я Международная конференция по струйной технике «Яблонна 86», Сборник докладов. Изд. «Энергия», М., 1986, С. 353 - 356.

2. Безменов В.С., Берендс Т.К. Опыт разработки пневматических систем управления очистными сооружениями. Сб.: Третий научно-технический семинар «Пневматические системы управления биологическими процессами», Тезисы докладов, М., 1987, С. 15 - 18.

3. Безменов В.С., Берендс Т.К. Управление периодическими процессами очистки сточных вод. // Водоснабжение и санитарная техника. 1988. №3. С. 24 - 26.

4. Безменов В.С., Берендс Т.К. Разработка и применение специализированных дозирующих устройств управления качеством очистки промышленных сточных вод. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 1988. №11. С. 14 - 16.

5. Безменов В.С. Способ дозирования жидкостей и устройство для его осуществления. Авт. свид. СССР № 1435945. Бюлл. изобр.№ 41, 1988. С. 119.

6. Безменов В.С., Берендс Т.К. Автоматические дозаторы жидких реагентов для процессов очистки промышленных стоков. Сб.: «Пневматика и гидравлика», вып. 14, М., Изд. «Машиностроение», 1989, С. 196 - 204.

7. Безменов В.С. Бесклапанные пневматические дозаторы. Тезисы докладов научно-практической конференции «Автоматизация в медицине и экологии», Самара, 1991, С. 42 - 43.

8. Безменов В.С., Берендс Т.К., Тагаевская А.А. Автоматическое управление процессами очистки промышленных сточных вод. Тезисы докладов научно-практической конференции «Автоматизация в медицине и экологии», Самара, 1991, С. 61 - 62.

9. Безменов В.С., Тагаевская А.А. Исследование методов повышения точности пневматических бесклапанных порционных дозаторов жидкостей. //Автоматика и телемеханика. 1994. №4. С. 151 - 164.

10. Безменов В.С., Тагаевская А.А. Пневматические системы корректировки параметра рН для установок очистки промышленных стоков гальванических производств. // Приборы и системы управления. 1994. №9. С. 20 - 24.

11. Безменов В.С., Тагаевская А.А. Принципы построения комбинированных систем управления объектами очистки промстоков на основе применения специализированных пневматических дозаторов химреагентов. // Автоматика и телемеханика. 1995. №8. С. 182 - 188.

12. Безменов В.С., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Принципы построения систем автоматического регулирования параметров процессов очистки промышленных сточных вод гальванических производств на основе применения новых специализированных пневматических дозаторов химреагентов. (Препринт / Институт проблем управления). М., 1996, 77 с.

13. Безменов В.С., Тагаевская А.А. Структура САР параметров процессов очистки промышленных сточных вод гальванических производств. Сб.: Пневмоавтоматика, Тезисы докладов Всероссийского совещания, Москва, 1996. Институт проблем управления). М., 1996, с 32.

14. Безменов В.С., Тагаевская А.А. Пневматические системы автоматического непрерывного дозирования жидких компонентов. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 1996. №3. С. 16 - 21.

15. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Пневматические системы автоматического дозирования многокомпонентных жидких смесей с управлением по косвенным параметрам. // Приборы и системы управления. 1998. №5. С. 37 - 40.

16. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Универсальное оборудование для упаковки жидких продуктов. // Тара и упаковка. 1998. №4. С.5.

17. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Пневматические системы автоматического дозирования жидких компонентов с управлением по косвенным параметрам. // Russion Science and Tecnology. 1998.

18. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Пневматические системы автоматического дозирования малых доз жидких сред с управлением по косвенным параметрам. Избранные труды Международной конференции по проблемам управления (29 июня - 2 июля 1999 г.). ИПУ РАН, Т.1, с. 80 - 92.

19. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Пневматические системы автоматического дозирования малых доз жидких сред с управлением по косвенным параметрам. Тезисы докладов. Международная конференция по проблемам управления (29 июня - 2 июля 1999 г.). 60 лет ИПУ. Москва. 1999. Том 3. С. 67 - 69.

20. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Проточный преобразователь расхода - элемент для создания универсальных пневматических систем автоматического дозирования жидкостей. // Датчики и системы. 1999. №5. С. 37 - 44.

21. Безменов В.С. Пневматические системы автоматического дозирования жидких сред для малых доз и расходов. Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук. ИПУ РАН, М., 1999.

22. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Принципы построения пневматических систем расфасовки жидких продуктов. Тезисы докладов Всероссийской конференции «Пневмогидроавтоматика - 99». 23 - 24 ноября 1999 г. ИПУ РАН, с. 21 - 22.

23. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Универсальные системы многокомпонентного дозирования. // Автоматика и телемеханика. 1999. №6. С. 168 - 177.

24. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Безарматурные системы порционного дозирования химреагентов для установок очистки производственных сточных вод. // Датчики и системы. 2001. №7. С.35 - 39.

25. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Шубин А.Н. Принципы построения систем объемной расфасовки жидких продуктов. // Автоматика и телемеханика. 2001. №4. С. 176 - 183.

26. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Пневматическая система весового дозирования жидких составов. // Датчики и системы. 2001.№3. С. 38 - 40.

27. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Руднев В.В., Шубин А.Н. Пневматические системы расфасовки жидких продуктов. // Тара и упаковка. 2001. №3. С.31.

28. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Пневматические системы объемной расфасовки жидких продуктов с отмериванием дозы по косвенным параметрам. // Сырье и упаковка. 2001. №10. С.21 - 22.

29. Безменов В.С., Суровцев Р.А. Пневматические дозаторы. // Сельский механизатор. 2001. № 8. С. 39 - 40.

30. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А. Дозаторы серии «САД» для расфасовки жидких продуктов по уровню. // Датчики и системы. 2002. № 4. С. 22 - 25.

31. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Руднев В.В. Компьютеризация процесса проектирования пневматических систем автоматизированного дозирования жидких продуктов. // Датчики и системы. 2003. № 4. С. 30 - 36.

32. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Тагаевская А.А., Ефремов В.А. Применение пневматических дозаторов жидких продуктов в автоматических линиях. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2003. № 4. С. 31 - 34.

33. В.С. Безменов, Т.К. Ефремова, В.А. Ефремов, В.В. Руднев, А.А. Тагаевская. Пневматические системы расфасовки жидких продуктов с отмериванием доз по косвенным параметрам. (Препринт / Институт проблем управления РАН), М.: 2004. 54 с.

34. Безменов В.С. Пневматические системы порционного дозирования для расфасовки жидких продуктов. // Тара и упаковка. 2004. №3. С. 26 - 27.

35. Безменов В.С. Пневматические системы автоматизированного дозирования технических жидкостей. // Тара и упаковка. 2004. № 4. С.25 - 27.

36. Безменов В.С. Принципы построения пневматических систем автоматизированного дозирования для расфасовки жидких продуктов. // Датчики и системы. 2004. № 8. С.60 - 68.

37. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Ефремов В.А., Тагаевская А.А. Пневматические системы многоручьевого дозирования. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2004. № 9. С.26 - 28.

38. Безменов В.С. Пневматические системы автоматизированного дозирования для приготовления и расфасовки многокомпонентных составов. // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2005. № 2. С. 24-27.

39. Безменов В.С. Проектирование пневматических систем расфасовки жидких продуктов с отмериванием дозы по косвенным параметрам //Автоматизация в промышленности. 2005. № 7. С. 8 - 11.

40. Безменов В.С. Автоматизация процессов розлива жидких продуктов на конвейерных линиях на базе пневматических дозаторов серии «САД». // Приборы и системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2005. № 10. С. 25-28.

41. Безменов В.С., Ефремова Т.К., Ефремов В.А., Руднев В.В. Дозаторы серии «САД» для расфасовки жидких продуктов. Тезисы докладов на Третьей международной конференции по проблемам управления (20 - 22 июня 2006 г.). ИПУ РАН., Т.2, с. 95.