Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломний проект на тему: «Автоматизація технологічного процесу сушки на ділянці підготовки суміші для виготовлення разових піщаних форм»

Зміст

Реферат

Вступ

1. Опис технологічного процесу сушки на ділянці підготовки суміші для виготовлення разових піщаних форм

1.1 Загальні відомості

1.2 Загальна схема відділення для приготовлення суміші

2. Автоматизована система управління технологічним процесом сушки

2.1 Технічні засоби АСУ ТП

2.2 Первинні перетворювачі

2.3 Виконавчі пристрої

2.4 Елементи системи автоматичного регулювання (САР)

2.5 Розробка функціональної схеми автоматизації процесу сушки

3. Ідентифікація об'єкта керування по перехідній характеристиці

3.1 Реакція об'єкта

3.2 Апроксимації перехідних характеристик

4. Монтаж елементів систем регулювання

Реферат

Дипломный проект на тему: «Автоматизація технологічного процесу сушки на ділянці підготовки суміші для виготовлення разових піщаних форм».

Ключевыми словами являются:

Песок, автоматизация; система; контроль; регулирование; управление, 2 - х уровневая система, формовочная смесь

Работа посвящена изучению процесса сушки песка для приготовления формовочной смеси, а также разработке системы АСУ ТП данного процесса.

Автоматизация технологического процесса сушки предполагает автоматическое регулирование, систему защиты процессов от аварийных режимов, модернизация системы управления, экономическое обоснование, раздел охраны окружающей среды.

В работе решены следующие задачи: модернизация системы управления, каналы автоматического регулирования, параметры сигнализации, приборы и средства автоматизации, составлена функциональная схема автоматического управления процессом сушки.

Все решения, предложенные в дипломном проекте обоснованные в технической и экономической части проекта.

Реферат

Дипломний проект на тему: «Автоматизація технологічного процесу сушки на ділянці підготовки суміші для виготовлення разових піщаних форм».

Ключовими словами є:

пісок; автоматизація; система; контроль; регулювання; управління;; 2 - х рівнева система, змішувач, формувальна суміш.

Робота присвячена вивченню процесу сушки піску для виготовлення формувальної суміші, а також розробки системи АСУ ТП даного процесу.

Автоматизація технологічного процесу сушки передбачає автоматичне регулювання, систему захисту процесів від аварійних режимів, модернізацію системи управління, економічне обгрунтування, розділ охорони навколишнього середовища.

У роботі вирішені наступні завдання: розробка системи управління, канали автоматичного регулювання, параметри сигналізації, прилади та засоби автоматизації, складена функціональна схема автоматичного управління процесом сушки.

Всі рішення, запропоновані в дипломному проекті обгрунтовані в технічній і економічній частині проекту.

Вступ

Основною тенденцією розвитку сучасних методів лиття є прагнення до отримання виробів максимально високої якості з мінімальними припущеннями на механічну обробку і за максимальної продуктивності виготовлення з одночасним скороченням виробничих матеріальних та енерговитрат.

Загальна кількість відомих методів лиття постійно збільшується. Розвиток ливарного устаткування йде, в основному, наступними шляхами:

- розширення технологічних можливостей, підвищення продуктивності, збільшення ресурсу роботи, забезпечення універсальності і швидкого переналагодження традиційного обладнання за рахунок застосування мікропроцесорного та комп'ютерного управління;

- вдосконалення з тими ж цілями конструкцій машин і застосування нових матеріалів при їх виготовленні;

- постійне впровадження раніше невідомих методів лиття, а також їх комбінацій для отримання виробів спеціальних форм і із спеціальних матеріалів.

Ливарне виробництво відноситься до заготівельного виробництва в машинобудуванні, тобто за допомогою технологій ливарень виготовляється велика частина заготовок для подальшої механічної обробки і отримання готових деталей машинобудування. В порівнянні з іншими способами виготовлення заготовок, зокрема з технологіями обробки металів тиском, литво володіє рядом переваг. Основними з них є можливість виготовлення складних по конфігурації відливок практично необмеженої маси. При цьому можуть бути отримані відливки з будь-яких сплавів. Литво проводять в чавуноливарних, сталеливарних і кольороволиварних цехах .

Останні роки в ливарному виробництві знаходять широке застосування автоматичні лінії. Автоматична або автоматизована виробнича лінія є потоковою лінією, в якій всі виробничі операції або переважна їх більшість виконуються автоматично, без участі людини. У автоматичних лініях ливарень звичайно автоматизуються всі операції отримання відливань, за винятком простановки стрижнів і заливки форм, хоча є лінії, де і ці операції виконуються автоматично. Автоматичні лінії, отримання відливань, в разових опочних формах роблять замкнутими через необхідність повернення порожніх опок від вибивки до формувальних автоматів. Автоматична лінія може бути, проте, і незамкнутою, наприклад для виготовлення відливань в безопочних формах. Незамкнутими також роблять такі автоматичні лінії в ливарних цехах, як лінії для комплектування стрижнів, зачистки, обрубування і контролю відливань та інше. Структура автоматичних ліній як ливарних, так і всіх інших розрізняється по характеру зв'язків між верстатами, по потоковій, за застосуванням резервних механізмів, по наявності і характеру накопичувачів або проміжних заділів. Структура автоматичних ліній має велике значення для безперебійної їх роботи.

Для окупності витрат на установку формувальних ліній їх необхідно інтенсивно використовувати, крім того, вони повинні володіти необхідною технічною і технологічною надійністю і ремонтопридатністю. Для забезпечення протяжки моделей без руйнування півформ застосовують вібрацію, підігрів моделей і т.п. На деяких зарубіжних автоматичних лініях для забезпечення якісної протяжки складних моделей використовують подачу стислого повітря в порожнину роз'єму. До сумішей пред'являються підвищені вимоги, і багато формувальних автоматичних ліній поставляються спільно із сумішоприготівельними ділянками.

Лінії формування, що випускаються, в опоках призначені для виготовлення широкої номенклатури відливань з чорних і кольорових сплавів масою 1-4000 кг в серійному і масовому виробництві. Діапазон розмірів опок в світлі 500Ч400-4000Ч2500 мм. З урахуванням зміни висоти у вказаному діапазоні налічують більше 30 типорозмірів опок.

Заданий технологічний процес, необхідна продуктивність, розважування литва, наявність площ для установки лінії, розташування площ і суміжного устаткування, іншими словами, конкретні умови замовника визначають конструктивне і планувальне рішення кожної лінії.

Лінії для багатосерійного і масового виробництва литва більш автоматизовані, комплексно охоплюють всі основні операції виготовлення відливань. Базовими формоутворювальними агрегатами в таких лініях є, як правило, високопродуктивні формувальні автомати або установки, які задають темп виробництва. Під час переходу цих ліній на інше відливання необхідно перенастроювати весь комплекс механізмів, ретельно відпрацювати конфігурацію і конструкцію оснащення, а також технологічний процес. Для цього в цеху встановлюють формувальний автомат, ідентичний використаному в лінії, на якому проводять попередній відробіток технологічного процесу і оснащення.

У конструкції лінії серійного і дрібносерійного виробництва передбачена можливість або швидкого переходу на литві іншої деталі, або отримання литва різної номенклатури одночасно в процесі роботи лінії. Лінії формування в опоках набули найбільшого поширення в ливарних цехах і мають розвинену класифікацію. Планування ліній в переважній більшості випадків визначається розташуванням транспортуючих пристроїв. Поняття «транспортні лінії» ливарень з'явилося після того, як в ливарних цехах на базі розвиненої системи роликових конвеєрів почали формувати потокове виробництво форм. У зв'язку з цим транспортні лінії ливарень віднесені до формувальних.

1. Опис технологічного процесу сушки на ділянці підготовки суміші для виготовлення разових піщаних форм

1.1 Загальні відомості

Перспективним є використання у формувальному відділенні цеху компютерно-інтегрованої у лінію виготовлення формувальної суміші системи сушки . Лінії для виготовлення відливок можна розділити на групи: для виготовлення відливань в разових піщаних формах, спеціальними способами (зокрема в постійних і напівпостійних формах) і допоміжних і суміжних переділів. Лінії групуються також за призначенням, тобто по виконуваних на них переділах. Якщо число переділів ливарного виробництва два або більш, лінія є комплексною. Такі лінії переважають в цехах, в яких відливання виготовляють в разових піщано-глинистих формах. На лінії можна виконати операції формування, заливки, охолоджування і вибивки форм. В даний час намітилася тенденція включати у формувальні лінії також і індивідуальну систему сумішеприготовлення, оскільки практика підтвердила, що в цьому випадку процес виготовлення відливань найбільш стабільний і краще піддається автоматизації. Комплексні лінії ливарень, що складаються з великого числа різноманітного устаткування і транспортних систем, при постачанні і експлуатації підрозділяють на самостійні функціональні лінії або ділянки. пісок автоматичний сушка

Лінії класифікують також за визначальними ознаками виконуваного на них технологічного процесу, наприклад лінії для виготовлення стрижнів з тепловою сушкою або для виготовлення стрижнів з ХТС.

Залежно від ступеня автоматизації розрізняють:

* автоматичні лінії - комплекси устаткування, розташовані в технологічній послідовності, зв'язані транспортом і об'єднані системою управління, що забезпечує автоматичне виконання переходів і операцій технологічного процесу під контролем операторів;

* автоматизовані лінії - на відміну від автоматичних ліній деяка частина технологічних операцій може виконуватися не в автоматичному режимі;

* механізовані лінії - всі операції технологічного процесу виконуються механізмами, але не в автоматичному режимі;

* потокові лінії - операції технологічного процесу здійснюють у ручну в заданій послідовності на потоці, організовуваному за допомогою транспортних засобів.

У зв'язку з тим, що чітке розмежування ступеня автоматизації і механізації провести не завжди представляється можливим, на практиці використовують різні поєднання згаданих термінів, що дозволяють відтіняти особливості тієї або іншої лінії.

Технологічний цикл виготовлення відливань на лінії включає наступні операції: роздільне формування нижніх і верхніх напівформ, кантівку нижніх напівформ на 180°, зрізає надлишків змішай з контрладу нижніх напівформ, простановку в нижні напівформи стрижнів, двократну кантівку верхніх напівформ, збірку форм, укладання форм на підопічні плити, притиск зібраних напівформ перед заливкою, заливку, охолоджування форм, зняття форм з подопочних плит, витискування грудки з опок, вибивку відливань, роз'єднання (розпаровку) комплекту порожніх опок, очищення опок від залишків суміші і подачу їх на ділянку формування. Роликові конвеєри лінії набирають з окремих уніфікованих секцій. Секції виготовляють завдовжки 4, 5 і 6 м (основна довжина). Це дозволяє компонувати ділянки з точністю до 1 м і відповідно підбирати необхідну довжину ділянок і всієї лінії.У лінії використані приводні і неприводні роликові конвеєри кромок. Ролики діаметром 300 мм сполучено попарно валами, розміщеними з кроком 750 мм. На приводних роликових конвеєрах кожен вал приводиться в обертання від загального ланцюгового приводу секції через фрикційну муфту і черв'ячний редуктор від електродвигуна. Останні три елементи скомпоновані в приводну станцію рольганга. На кожному валу на шпонці укріплені фрикційні диски, між якими за допомогою тарельчатих пружин і гайок затиснуті приводні зірочки. При зупинці переміщуваного предмету (опоки, форми, подопочної плити) у жорсткого упору ролики під предметом, що зупинився, не обертаються і не зношують його, фрикційні диски пробуксовують, що в той же час зупинилися, по зірочці, що обертається. Секції роликового конвеєра охолоджування виконані двох'ярусними. По нижньому ярусу відбувається повернення підопочних плит до позиції заливки.

Для переміщення вантажів по не приводних роликових конвеєрах застосований штовхач кулісного важеля, що має плавний розгін на початку і уповільнення руху в кінці ходу куліси; величина ходу -- до 1220 мм.

Затримка опок, форм і підопочних плит на роликових конвеєрах проводиться відсікателями, важелі-упори яких повертаються в горизонтальній площині і перекривають шлях руху. У лінії використаний той, що кантує опок барабанного типу.

У конструкції механізмів лінії широко застосовують рейково-поршневий привід, що складається з розташованих один проти одного циліндрів з плаваючими поршнями, сполученими загальною шток-рейкою, що приводить в обертання шестерню.

Автоматична формувальна лінія з формувальним блоком 1216Б призначена для виготовлення парних опочних форм з розмірами у просвіті 700 Ч 600 Ч 300/300 мм для виробництва чавунних і сталевих виливків ливарного цеху та інших заводів, відповідних за розміром і вагою даного типорозміру опок.

Впровадження лінії дозволяє:

- отримати виливки підвищеної точності за розмірами та масою;

- підвищити продуктивність праці;

- знизити відсоток браку.

Ремонт і виготовлення запасних частин не вимагають спеціального устаткування. Всі операції, крім проставки стрижнів і заливання форм, виконуються автоматично.

1.2 Загальна схема відділення для приготовлення суміші

Сумішоприготовче відділення призначено для виготовлення формувальних сумішей, що використовуються для виготовлення разових піщано-глинистих форм. На сумішеприготовчих відділеннях можуть використовуватися змішувачі безперервної дії чи ті, що працюють з перервним режимом. Головне обладнання таких відділень - бігуни. Виконавча формувальна суміш готується в бігунах безперервної дії. Суміші готуються в бігунах з об'ємом замісу 1 м³. Формувальні матеріали послідовно завантажуються в бігуни і перемішуються протягом 1-2 хвилин, потім додають воду і додатково перемішати. Загальний час 5-10 хвилин. В процесі приготування сумішей втрати матеріалів складають близько 0,1%.

Рис.1.1 - Змішуючи бігуни, що працюють в лінії з обладнанням сушки: 1 -- мотор; 2 -- редуктор; 3 -- конічні шестерні; 4 -- катки; 5, 6 -- плужки; 7 -- кривошип; 8 -- кронштейн кривошипа; 9 -- гвинт, регулюючий зазор «а» між катком і чашею; 10 -- розвантажувальні отвори в днищі чаши.

Транспорт компонентів сумішей включає в себе конвеєри лінточного типу, трубопроводи, що використовуються для транспорту до обладнання рідкої складової сумішей, системи блокування транспорту. Відділення має в своєму складі склад формувальних матеріалів, призначений для їх обробки і зберігання. Склад належить до механізованих ділянок. Пісок у вагонах подається в склад, де проводиться вивантаження вагону в спеціальну ємність, звідки грейфером подається в проміжний бункер або бункер барабанного сушила. Пройшовши барабанне сушило, пісок по стрічковому транспортеру подається до ковшового елеватора, а з елеватора - на стрічковий транспортер, що подає пісок в бункер для зберігання. Як допоміжні матеріали при виготовленні форм застосовують протипригарні покриття. фарби, пасти для закладення швів, клеї для склеювання стрижнів. Відпрацьована формувальна суміш після вибивки потрапляє на стрічковий конвеєр, над яким розташований магнітний сепаратор, що очищає суміш від металевих частинок і потім потрапляє на конусне сито, при просіюванні віддаляються залишки стрижнів і потім потрапляє в бункери сумішоприготовчого устаткування.

Ділянка сумішеприготовлення повинна мати в своєму складі формувальну експрес-лабораторію. Вона призначена для визначення фізико-механічних властивостей формувальних і стрижньових сумішей. Наповнювальна формувальна суміш готується в бігунах безперервної дії.

Фізико-механічні властивості: газопроникність більше 40 од.; міцність на стиснення 0, 66…0,85 кг/см²; вологість 4,5…5,5 %; зміст вуглецю 2,8…3,3 %.

Відпрацьована формувальна суміш після вибивки потрапляє на стрічковий конвеєр, над яким розташований магнітний сепаратор, що очищає суміш від металевих частинок і потім потрапляє на конусне сито, при просіюванні віддаляються залишки стрижнів і потім потрапляє в бункери сумішоприготовчого устаткування.

Основою формувальних сумішей є формувальні піски, які поставляються в цех вагонами по 60 тон, розвантажуються в засіки на шихтовому дворі і застосовуються в сирому стані без попередньої підготовки. Піски із засіку подаються грейфером в приймальний бункер і за системою транспортерів в бункер-накопичувач над машиною, потім через завантажувальний дозатор місткістю 0,1-0,13м³ в чашу бігунів. Відпрацьована суміш з вибивних грат за системою стрічкових транспортерів подається на магнітного сепаратора для відділення металевих включень. Очищена від включень суміш поступає на полігональне сито з розміром осередків 25-30 мм для просіювання, потім по стрічкових транспортерах в приймальний бункер. Деревна тирса перед вживанням просівається через сито 10мм, заливається водою і витримується протягом 5-6 годин. Підготовлена тирса до бігунів подається краном в металевому коробі місткістю 0,4м³. Комова глина піддається сушці при Т=230°С протягом 5-10 годин на піддонах розміром 800Ч1000мм. Висушену глину розмолоти в бігунах. При помелі в бігунах проводити безперервний відсів глини через сито 2мм, залишок на ситі повертається для помелу. Глина вогнетривка у вигляді порошку і азбест хризолітовий подаються до бігунів в металевому коробі 0,4м³.

Суспензія, що використовується як зв'язуючи, виготовляється наступним чином. Комову глину за допомогою крана грейфера завантажити в бункер глинореза. З глинореза глину в кількості 0,1м³ подати в бак глиномішалки і заповнити водою в кількості 0,2м³. Включити механізм перемішування і перемішувати 15-20 хвилин. Відкрити кран, процідити суспензію через сито 8-10 мм в приймальну ємність. Глиниста суспензія до бігунів подається за системою трубопроводів.При зниженні газопроникності єдиної формувальної суміші нижче 40 одиниць або при збільшенні змісту глинистої складової вище вказаних норм проводити освіження змішай свіжим піском.

Для приготування єдиної формувальної суміші застосуються відпрацьовані суміші, що пройшли магнітну сепарацію і просіяні через сита №6971 і №6854 і з добавкою целлолигнина. Комова формувальна глина, порошкоподібна бентонітова формувальна глина, сода кальцинована розчиняються в глиномішалці до утворення суспензії, яка подається в бігуни і змішувач по трубопроводу. Формувальні суміші складаються з вогнетривкої основи - кварцового піску. Матеріали, що пов'язують, вводяться в суміш, повідомляють формі і стрижню належну міцність, а спеціальні добавки додають особливі властивості (податливість, непригораємість т. д.).

Склад формувальних сумішей всілякий і залежить від роду сплаву, маси, товщини стінки і конфігурації відливання, вимог, що пред'являються до неї, характеру виробництва. Формувальну суміш готують з вихідних формувальних матеріалів і з відпрацьованої суміші (суміш, вживана). Для формування по-сирому форм для чавунних відливань рекомендується застосовувати суміші, прочносвязуючі глини, що містять, або монтморіллоніт як єднального. Це пояснюється підвищеною міцністю сумішей з прочносвязуючими глинами, кращою їх формованістю. Склад формувальної піщано-глинистої суміші для чавунних відливань:

· відпрацьована суміш- 50-90%

· глиняна емульсія- 3%

· пісок кварцевий- 5-10%

· лігносульфонат технічний порошкообразний- 1-3%

· дерев'яні опілки- 2%

· кам'яновугільна пиль- 1,5-2%

· вода

Під час заливки форми заливщик повинен уважно стежити за рухом розплаву з ковша у форму. У початковий момент заливки необхідно повертати ківш плавно без ривків, проте досить швидкий, аби заповнити систему ливника і чашу. Надалі заливщик повинен повертати ківш з такою швидкістю, аби рівень розплаву в чаші залишався по можливості постійним. Особливо уважно слід вести заливку у момент закінчення заповнення форми; після появи розплаву у випорі заливщик повинен зменшити швидкість повороту ковша для того, щоб розплав не витік з чаші і випора.

При заливці металу у форми необхідно строго дотримувати правила техніки безпеки:

· ковші наповнювати металом не більше ніж на 7/8 їх висоти;

· ківш місткістю більше 500 кг забезпечувати механізмами для нахилу і повороту з самогальмівною черв'ячною передачею; механізм повороту захищати кожухом;

· рейкові дороги, по яких переміщаються ковши з розплавленим металом, мають бути строго горизонтальними;

· проїзди і проходи мають бути сухими, оскільки при попаданні рідкого металу на вологу підлогу може статися вибух;

· заливщики повинні працювати в спецодягу: брезентових куртках і брюках навипуск, валянках або іншому спеціальному взутті, що виключає опіки ніг, рукавицях, головних уборах і захисних окулярах.

Для забезпечення хорошої заповнюваної форми і здобуття якісних відливань температура металу при випуску з печі має бути 1380°С. Температура металу при заливці форм складає 1320°С. Тривалість охолоджування відливання у формі (на ливарному конвеєрі) складає 0,3 год. = 18 хв.

2. Автоматизована система управління технологічним процесом сушки

2.1 Технічні засоби АСУ ТП

(АСУ ТП) - комплекс програмних і технічних засобів, призначений для автоматизації управління технологічним обладнанням на підприємствах. Може мати зв'язок з автоматизованою системою управління підприємством (АСУ П).

Під АСУ ТП зазвичай розуміється комплексне рішення, що забезпечує автоматизацію основних технологічних операцій на виробництві в цілому або якись його ділянці, що випускає відносно готовий продукт.

Термін автоматизований на відміну від терміна автоматичний підкреслює можливість участі людини в окремих операціях, як в цілях збереження людського контролю над процесом, так і у зв'язку зі складністю чи недоцільністю автоматизації окремих операцій.

Складовими частинами АСУ ТП можуть бути окремі системи автоматичного управління (САУ) та автоматизовані пристрої, зв'язані в єдиний комплекс.

Як правило АСУ ТП має єдину систему операторського управління технологічним процесом у вигляді одного або декількох пультів управління, засоби обробки і архівації інформації про хід процесу, типові елементи автоматики: датчики, контролери, виконавчі пристрої.

Під автоматизацією виробництва розуміють управління виробничим процесом з допомогою автоматичних приладів і регуляторів, засобів сигналізації та блокування, за даними технологічних умов і режимів. Застосування засобів автоматизації звільняє людину від ручних лабораторних вимірювань, ручного управління обладнанням: кранами, засувками, іншими пристроями, залишаючи за ним функції контролю показань приладів, перемикання відмовившись систем автоматичного регулювання на ручне управління, перенастроювання задатчика регуляторів, спостереження та наладки. В системах автоматизації поєднуються досить різноманітні за конструкцією механічні, електричні, радіотехнічні та інші пристрої, складаючи загалом складний комплекс взаємодіючих один з одним елементів.

За своїм призначенням всі автоматичні системи підрозділяють на пристрої автоматичного контролю, регулювання, дистанційного керування, автоматичного захисту і блокування.

Пристрої автоматичного контролю охоплюють область автоматики, яка містить засоби і методи отримання інформації про поточні значення параметрів технологічного процесу без безпосередньої участі людини. Засобом автоматичного збору інформації є первинні перетворювачі, які встановлюють на всіх контрольованих ділянках обладнання. Чутливі елементи перетворювачів сприймають значення контрольованих параметрів, перетворюють їх у величину, зручну для передачі і переробки. За сполучної лінії перетворена величина передається засобів вимірювання, в яких вона реєструється, порівнюється із заданою і у випадку її порушення виробляється контрольний сигнал, який включає сигнальні лампи, гудок та ін. Зазвичай засоби вимірювання встановлюються в одному пункті, утворюючи щит оператора, який вміщує велику кількість вимірювальних приладів.

Пристрої автоматичного захисту запобігає виникнення аварійної ситуації в роботі обладнання при подальшому її функціонування в установи режимі. Наприклад, при перевантаженні одній з фаз живлення обмотки асинхронного електродвигуна автоматично спрацьовують теплове реле магнітного пускачі, що припиняє харчування двигуна електроенергією. Автоматичне блокування - вид автоматизації, здійснює певну зовнішню зв'язок між елементами агрегату або установки, які призводять до зміни стану всіх пов'язаних елементів при зміні стану одного з них.

У ливарних цехах, насичених різноманітним механізованим устаткуванням, систем автоматизації налічується понад тисячу одиниць. Якщо вони всі діють автономно, то яку автоматизацію називають частковою, або локальної.

Якщо щит управління комплексної автоматизації придала електронна обчислювальна машина (ЕОМ), частково взявши на себе ряд функцій засобів автоматизації та активного впливу на виробничий процес управління регулюючими та керівними органами, то такі системи управління називаються автоматизованими.

2.2 Первинні перетворювачі

Первинний перетворювач служить засобом для отримання інформації про стан технологічного процесу. Всім елементам властиві загальні технічні характеристики, представлені вираженням у = F (x). аналітичне значення F для конкретного пристрою представляється певним виразом.

В реальних умовах, окрім вхідної величини, на вихідну можуть виявитися вплив і інші фактори, які позначаються f. Ці фактори називають збуренням: температура, вібрація та інші обурення порушують рівноважне стан функції у = F (x). Залежність вихідний величини елемента від вхідних в установи режимі називають статичною характеристикою елемента.

Залежність вихідний величини в момент часу її зміни називають динамічною характеристикою. Вимірювання цієї характеристики виробляють спеціальними лабораторними приладами.

Перетворювачі характеризуються аналітично коефіцієнтами перетворення, підсилення, стабілізації, похибкою, чутливістю. Коефіцієнт перетворення являє собою відношення вихідний величини у к вхідний величиною х або ставлення збільшення величини Дх; dy до збільшення вхідної величини Дх; dx.

У першому випадку цей коефіцієнт називають статичним коефіцієнтом перетворення k = y / x, в другому - динамічним коефіцієнтом перетворення

k'=Дy/Дx?dy/dx.

Величини k і k' залежать від характеру функції у = F (x), і змінюється при зміні величини, (х). Однак часто вихідна величина (у) змінюється пропорційно вхідний величиною (х). У цьому випадку коефіцієнти перетворення, k і k' постійні і рівні між собою.

У автоматично діючих системах локальної і комплексної автоматизації крім приладів регуляторів та інших засобів застосовують різні перемикаючим пристрої, які використовуються для переходу з автоматичного на ручне управління.

До цієї апаратурі відносять кнопки, ключі, крани, кінцеві перемикачі та інші пристрої. В електричних ланцюгах найбільше поширення мають кнопки ручного управління: з самовозвратом, з засувкою, із сигналізацією та інші. Найбільше поширення мають кнопки з самовозвратом типу КУ-121-1, КУ-121-2 та КУ-121-3 відповідно одно-, дво- та трьохшифтові. При натисканні пальцем на штифти кнопка замикається пара контактів; при відпускання пальця, завдяки дії поворотної пружини, система розмикає.

Основною технічною характеристикою кожної контактної системи є її допустима розривна потужність.

Пакетні перемикачі (ПВ) та перемикачі (ПП) призначені для застосування в промислових електричних установках і системах автоматизації для ручного перемикання ланцюгів напругою до 400В і силою струму від 6 до 400 А. вимикачі представляють собою апарат з клиновими контактами, зібраними з пластмасових циліндричних ізоляторів ( пакетів), усередині яких знаходяться нерухомі і обертаються рухомі контакти. Вимикачі встановлюють на щитах і близько діючого обладнання. Швидкодію при включенні і вимиканні досягається завдяки особливій конструкції ножів вимикача і застосування пружин.

Універсальні перемикачі (УП) застосовують для рідкісних включений малопотужних ланцюгів систем автоматизації напругою до 400 В з силою струму до 20 А. Перемикач складається з окремих секцій, стягнуті шпильки; через всі секції проходить центральний вал, на передньому кінці якого укріплена рукоятка. Кожна секція має кілька нерухомих контактів і стільки ж рухливих, жорстко закріплених на валу. Число секцій, які можуть одночасно встановлюватися й перемикатися при повороті рукоятки, от2 до 16, а число фіксованих положень рукоятки на вихідний панелі складає 8. Кожна секція має нумерацію своїх контактів.

Електромагнітне реле являють собою апарати, що спрацьовує від короткочасного імпульсу електричного струму. Реле застосовують для включення та переключення ланцюгів автоматики, одночасно воно служить засобом посилення і розмноження числа електричних сигналів.

Реле розрізняють:

1. По улаштуванню

- електромагнітні,

- магнітоелектричні,

- поляризованим,

- безконтактні,

- реле часу.

2. По роду живильного струму

- змінний,

- постійна.

3. За часом спрацьовування контактної системи

- безінерційні,

- швидкодіючі,

- нормальні,

- з витримкою часу.

Велике поширення в системах автоматизації має електромагнітне нейтральне реле. При надходженні слабкого сигналу від керуючого органу або контактної системи приладу в котушку реле виникає магнітне вплив сердечника. Сердечник, впливаючи на якір 3, притягує його; якір повертаючи, другим своїм кінцем включає розташовані над ним контакти. Момент замикання контактної групи реле називають спрацьовуванням. Стан спрацьовування триватиме до зняття живлення з обмотки збудження. При відключенні живлення магнітне тяжіння сердечника зникає, і пружними силами контактних пружин якір повертається у вихідне положення.

2.3 Виконавчі пристрої

Проміжний перетворювач системи автоматизації, що складається з двох самостійних вузлів (виконавчого механізму та регулюючого органу), називають виконавчим пристроєм. Призначення виконавчого пристрою - впливати на технологічний процес від сигналів засобів автоматизації. Працюють виконавчі пристрої знаходяться під постійними динамічними і статичні навантаження, тому для забезпечення максимальної надійності застосовується механізми тільки з гарантованим показником по надійності. До таких механізмів відносять ті, які випускає серійно промисловість. Механізми роблять електричними, пневматичними та гідравлічними.

У більшості випадків виконавчі механізми та регулюючі органи комплектують в один агрегат. Іноді механізм керує кількома регулюючими органами, встановленими на обладнанні в різних місцях виробничого приміщення. Тоді для здійснення впливу виконавчого механізму створюють важільні передачу, яку називають зчленування, досягає декількох метрів. Двухзвенна схема зчленування, служить для підтримки постійного співвідношення потоків газу в двох окремих газопроводах. Вона складається з поворотних дросельної заслінок, з'єднаних тягою з важелем виконавчого механізму. У даній схемі один виконавчий механізм управляє двома регулюючими органами.

Електричні виконавчі механізми являють собою електродвигун, скомплектований в одне ціле з редуктором (для зменшення частоти обертання), кінцевими вимикачами (для обмеження ходу), реостатом зворотнього зв'язку, вихідним поворотним важелем або товкачем (для з'єднання їх з регулюючим органом), пристроєм для переходу на ручне управління (штурвалом). Перераховані елементи розміщені в одному пилезащітному корпусі. Промисловість випускає механізми з постійної і змінної швидкістю переміщення вихідного вала або штовхачі. У механізмах з постійною швидкістю застосовують асинхронні малогабаритні електричні двигуни; в механізмах із змінною швидкістю для обертання для вихідного валу встановлюють двофазних двигуни з фазним ротором, подібним конденсаторної двигуну. Механізми роблять однооборотними (в межа одного обороту), багатооборотні і прямоходними з різними значеннями обертального моменту або зусиллями штовхачі. Вибір типу, час ходу і вид руху вихідного вала визначають вимогами системи автоматичного регулювання, конструкцією регулюючих органів та іншими причинами.

2.4 Елементи системи автоматичного регулювання (САР)

Зважаючи на те, що в главі зустрічаються терміни, спеціально відносяться тільки до САР, для однакового їх тлумачення наводимо пояснення їхніх значень.

Пристрій, у якому відбувається регульований технологічний процес, називають об'єктом регулювання. Прикладами об'єктів регулювання є сушильні камери, в яких підтримується постійна температура в період часу їх роботи; бункери накопичувачі піску, в яких постійно підтримується рівень, і ряд інших апаратів.

Причини, які викликають відхилення регульованих параметрів від заданих значень, називають збуренням. Збурення викликаються занадто великим (стрибкоподібно) збільшенням або спадом припливу (витрат) в об'єкт теплоносія, речовини та ін.

Відхилення регульованого параметра від встановленого значення називають неузгодженим. Наприклад, зниження рівня від допустимого значення або збільшення температури всіх допустимих меж.

Параметр, який повинен підтримуватися на заданому значенні називається регульованим параметром, а енергію, за допомогою якої здійснюється вплив на процес, називають регулюючій. До регульованим параметрами відносять температуру, тиск, рівень та ін. , а до регулювальним енергіям - теплову, електричну та ін.

Значення регульованого параметра на виході об'єкта регулювання називають навантаженням на об'єкт регулювання. Зміна навантаження дуже часто є причиною, що викликає неузгодження. Прикладом, що характеризує навантаження, є витрата рідини, що надходить в об'єкт.

Автоматичним регулюючим пристроєм називають пристрій, що здійснює регулювання технологічного процесу без участі людини. Прикладом цього є заслонка, клапан, керуючий автоматичним регулятором.

Системою автоматичного регулювання (САР) називають систему, що складається з об'єктів регулювання і автоматичного регулятора.

Перерегулювання - такий стан регульованого параметра, коли він не тільки повертається до встановленого значення, але й відхиляється, тобто коливається близько заданого значення.

Одиничний ступінчатий вплив, одиничний стрибок, типове вплив застосовують при аналізі динаміки САР. Такими впливами є скиди і накинув навантаження. Прикладом одиничного ступеневої впливу є миттєве відкривання або закривання запірного чи регулюючого органу повністю (частково), які призведуть до різкого зміні вихідного регульованого параметра.

Процес регулювання є керований перехідний процес, чинені САР від одного рівноважного стану до іншого, що викликається зміна навантаження, перестановки задатчиків регулятора та іншими збуреннями.

У ливарному виробництві регульованими параметрами є температура, тиск, рівень, витрата, вологість та ін. В одному об'єкті може бути один або кілька регульованих параметрів. Параметри і процеси, що розглядаються окремо від інших, називають одиничними.

Характеристики параметрів регульованого процесу наочно представляються з розгляду математичних виразів, що описують одиничні процеси.

Процес регулювання в об'єкті багато в чому залежить не тільки від регулятора, а й від властивостей об'єкту: ємності, характеру зміни навантаження, часу розгону, самовирівнювання і запізнення. Під ємністю об'єкта розуміють запас речовини або енергії, що міститься в об'єкті при заданому значенні параметра. Ємність може існувати тільки за наявності опору виходу речовини або енергії з об'єкта.

Об'єктами регулювання у ливарному виробництві можуть бути найрізноманітніші агрегати, формувальні машини, бункери-накопичувачі, в яких необхідно підтримувати рівень, температуру, тиск і т.д. У кожному об'єкті може одночасно регулюватися кілька різних величин. Так, у сушильних агрегатах регулюється подача теплоносія, температура вологість та ін. Кожен об'єкт має свої власні характеристики, які можуть або полегшити, або ускладнити регулювання даного параметра.

При введенні САР зіставляють властивості об'єкта, регулятора та інших елементів системи. Використовують тільки ті з них, які сприятливі для регулювання, а також у можливо більшою мірою послаблюють властивості, ускладнюють гарну роботу системи регулювання.

Принципова схема підготовки піску приведено на рис.2.1.

Рис.2.1. Принципова схема сушки піску

2.5 Розробка функціональної схеми автоматизації процесу сушки

Функціональна схема автоматизації процесу сушки приведена на рис.2.2, а схема дозування на рис. 2.3

Рис. 2.2.Функціональна схема автоматизації сушки

Рис. 2.3.Функціональна схема автоматизації дозування

3. Ідентифікація об'єкта керування по перехідній характеристиці

3.1 Реакція об'єкта

Реакцію об'єкта на ступінчатий вхідний сигнал називають кривою розгону.

Перехідна характеристика - це окремий випадок кривої розгону, що буває при ступінчатому одиничному впливі.

Процес ідентифікації об'єкта керування методом перехідних характеристик можна розбити на кілька етапів:

· попередня підготовка і проведення експерименту по визначенню перехідної характеристики;

· попередня обробка результатів експерименту;

· апроксимація отриманої характеристики передаточними функціями.

Експериментальне дослідження об'єкта керування починається з вивчення технологічного процесу і визначення місця об'єкта в ньому, його вхідних і вихідних параметрів. На попередньому етапі вибирають метод дослідження, канали впливу, величини і форми впливів збурення. Збурення повинне бути досить істотним, але таким, щоб не вивело об'єкт моделювання з нормального режиму. Як правило, для визначення перехідних характеристик застосовується ступінчате збурення величиною 10-15% від номінального значення вхідного параметра.

Технологічний об'єкт доустатковують необхідними для експерименту приладами і регулюючою апаратурою (бажано використовувати ті ж датчики і регулюючі пристрої, що встановлені й у діючій автоматичній системі керування). Як вторинні прилади доцільно використовувати реєструючі прилади із прямокутною системою координат. Бажано застосовувати багато точкові прилади для запису на один діаграмний папір вхідних і вихідних параметрів. Найбільш ефективно використовувати для проведення експерименту ЕОМ.

Технологічну установку переводять на ручне керування. Стабілізують всі істотні вхідні збурення. Вносять ступінчате збурення регулювальним органом і на діаграмах усіх приладів, що реєструють, відзначають час початку експерименту. Запис значень вхідних і вихідних параметрів проводять до одержання ділянки перехідної характеристики зі сталою швидкістю її зміни. Опитування проводять при мінімальному, максимальному і номінальному навантаженнях об'єкта. При відсутності перешкод при режимі знімають не менше чотирьох графіків. При наявності значних зовнішніх збурень знімають 8-10 графіків.

Як правило, на промислові об'єкти керування діють різноманітні перешкоди і зовнішні неконтрольовані збурення. Для виділення корисного сигналу з отриманих результатів експерименту треба відфільтрувати сигнал перешкод, тобто провести згладжування експериментальної перехідної характеристики. Згладжені перехідні характеристики треба перешикувати до однакової величини збурення, нормувати й усереднити. У результаті попередньої обробки результатів експерименту одержують один згладжений і усереднений графік перехідної характеристики. При використанні ЕОМ перехідну характеристику зручно представляти в безрозмірному (нормалізованому) виді. Для нормування експериментальної кривої треба перейти від абсолютних значень ординат Y до збільшень перемінної Y щодо її початкового сталого значення і розділити ці збільшення на значення максимального відхилення вихідної величини.

Нормування перехідної характеристики (представлення в безрозмірному виді) роблять по формулі:

(3.1)

де - нормована перехідна характеристика

Y_i(t) - поточне значення збільшення вихідної величини;

Y() - максимальне відхилення вихідної величини.

При дослідженні динамічних характеристик промислових об'єктів, до яких відноситься процес сушки піску інтегрований в лінію приготовлення суміші, на останні діють невраховані збурення. Таким чином, експериментальна перехідна характеристика z(t) складається з корисного сигналу h(t) і сигналу перешкод f(t). Для виділення корисного сигналу з експериментальної характеристики використовують різні методи згладжування. Найбільш простий - метод послідовного усереднення. Метод полягає в тому, що на деякому інтервалі часу Lt (L - ціле число, краще парне) виконують послідовне усереднення ординат Z_i (i=0,1,2,…,n) з використанням наступного алгоритму:

(3.2)

де h^* - ординати усередненої характеристики; Z_i+ - ордината експериментально отриманої точки; і - порядковий номер точки.

Точність усереднення залежить від числа L. При маленькому значенні L якість згладжування буде низькою. Збільшення L може призвести до скривлення істотних особливостей тимчасової характеристики. Спочатку обирають L = 2 і візуально оцінюють h^*(t) і за необхідності, збільшують значення L до 4.

Якщо L = 2, то усереднення проводять по трьох точках по таких формулах:

(3.3)

Якщо L=4, то усереднення проводять по п'ятьох крапках по таких формулах:

(3.4)

3.2 Апроксимації перехідних характеристик

Для апроксимації перехідних характеристик розроблено значну кількість методів. Розглянемо методи апроксимації перехідних характеристик лінійними передаточними функціями. Визначення апроксимуючої передаточної функції починають з вибору її форми і порядку, а потім визначають числові значення її коефіцієнтів. Незалежно від методу апроксимації, визначення коефіцієнтів починають з розрахунку коефіцієнта передачі об'єкта. Коефіцієнт передачі погоджує розмірність вихідної і вхідної величин об'єкта і розраховується по формулі:

(3.5)

де Дy(?), Дx(?) - максимальне відхилення вихідної і вхідної величин об'єкта.

Значення коефіцієнта можна визначити з графіка перехідної характеристики об'єкта із самовирівнюванням. Коефіцієнт передачі є розмірна величина. Це не дає можливості порівнювати коефіцієнти передачі по різних каналах впливу. Тому цей коефіцієнт часто приводять до безрозмірного виду. Для цього значення максимальних відхилень величин поділяють на їхні номінальні значення

(3.6)

Методика визначення постійних коефіцієнтів чи постійних часу передаточної функції залежить від методу апроксимації.

Методи апроксимації перехідних характеристик поділяють на графоаналітичні методи і методи апроксимації на ЕОМ. Графоаналітичні методи використовують для попередньої оцінки динамічних властивостей об'єкта керування. Методи апроксимації на ЕОМ більш універсальні і точні.

Проводимо згладжування перехідної характеристики на ЕОМ. Програма розрахунку по методу трьох точок - S3_point.exe , а п'яти - S5_point.exe. Вихідні дані для програми розміщаємо попередньо в двох текстових файлах: S-51t у стовпчик значення часу [с.]; S-51y у стовпчик значення перепаду температури . Результати розрахунку записуються у файли S3-51 і S5-51 відповідно для методів трьох і п'яти точок. Експериментальна характеристика, згладжені характеристики за трьома і п'ятьма точками представлені в таблиці 3.1 і на рисунках 3.4 - 3.6

Таблиця 3.1 - Результати лінійного згладжування за трьома та п'ятьма крапками

ВИХІДНІ ДАННІ	Результати згладжування
Час, с	Вихідна вел-на	По 3 крапкам	По 5 крапкам
0	0,00	0,000	-0,100
25	0,00	0,000	0,025
50	0,00	0,083	0,150
75	0,25	0,250	0,250
100	0,50	0,417	0,400
125	0,50	0,583	0,650
150	0,75	0,833	0,800
175	1,25	1,000	1,050
200	1,00	1,333	1,350
225	1,75	1,583	1,650
250	2,00	2,00	1,85
275	2,25	2,17	2,15
300	2,25	2,33	2,40
325	2,50	2,58	2,65
350	3,00	2,92	2,85
375	3,25	3,17	3,15
400	3,25	3,42	3,40
425	3,75	3,58	3,50
450	3,75	3,67	3,70
475	3,50	3,83	3,85
500	4,25	3,92	3,95
525	4,00	4,17	4,10
550	4,25	4,25	4,25
575	4,50	4,33	4,35
600	4,25	4,50	4,50
625	4,75	4,58	4,63
650,00	4,75	4,83	4,75

Рис. 3.1. Згладжувальна перехідна характеристика за трьома точками

Рис. 3.2. Згладжувальна перехідна характеристика за п'ятьма точками

Рис. 3.3. Згладжувальна перехідна характеристика за трьома та п'ятьма точками

Проводимо апроксимацію згладженої перехідної характеристики

Заздалегідь розраховуємо коефіцієнт передачі об'єкту по каналу «витрата повітря - перепад температури піску на виході».

Коефіцієнт передачі в розмірному вигляді:

(3.7)

Коефіцієнт передачі в безрозмірному вигляді:

(3.8)

Апроксимація перехідної характеристики виконаємо послідовністю однакових аперіодичних ланок. б`єкти керування, що мають S-образні перехідні характеристики зручно описувати передаточною функцією виду:

(3.9)

Визначенню підлягають параметри Т і n ( k - визначається на попередньому етапі).

Вихідні дані для розрахунків ті ж що і у випадку апроксимації аперіодичною ланкою 1-го порядку.

Функцію W(p) розкладують в ряд за степенями р по формулі Ньютона:

, (3.10)

де А₁= nT; .

Використовуючи експериментальну перехідну характеристику обчислюють S и S₁ за формулами:

(3.11)

Коефіцієнти А₁ и А₂ є аналогами S и S₁. Тому можна записати:

(3.12)

Звідки

(3.13)

Оскільки по визначенню n є цілим числом, то

(3.14)

де int(a) - найбільше ціле до а число, що не перевищує його.

Апроксимуюча перехідна характеристика розраховується за формулою:

(3.15)

де

Мінімум функції І визначається шляхом варіювання n з кроком 1. Спочатку n збільшують. Якщо просування у цьому напрямку призводить до зменшення І, то n продовжують збільшувати до першого невдалого кроку. Потім здійснюється повернення на один крок і відповідне йому значення Т и n вважаються оптимальними. Результати апроксимації представлені в таблиці 3.2, а графік апроксимації на рис. 3.4.

Таблиця 3.2 - Результати апроксимації перехідної характеристики послідовністю однакових аперіодичних ланок

Апроксимація кривої розгону ланцюжком однакових аперіодичних ланок 149,3393 2 0,068204 99,55955 3 0,027512 74,66966 4 0,044204 59,73573 5 0,07907 Оптимальні значення = 99,55955 3 0,027512 Час Вихідні дані Розрахунокові дані 0 0 0 25 0,026427 0,012542 50 0,052854 0,044978 75 0,073996 0,090876 100 0,105708 0,145315 125 0,158562 0,204572 150 0,190275 0,265869 175 0,243129 0,327167 200 0,306554 0,387012 225 0,369979 0,444393 250 0,412262 0,498649 275 0,475687 0,54938 300 0,528541 0,596384 325 0,581395 0,639603 350 0,623679 0,679089 375 0,687104 0,714965 400 0,739958 0,747405 425 0,761099 0,776617 450 0,803383 0,802825 475 0,835095 0,826261 500 0,856237 0,847157 525 0,887949 0,865739 550 0,919662 0,882224 575 0,940803 0,896817 600 0,972516 0,90971 625 1 0,921079

Рис. 3.4. Апроксимація перехідної характеристики послідовністю однакових аперіодичних ланок

Апроксимуюча передавальна функція в безрозмірному вигляді має наступний вигляд:

Виконаємо апроксимацію перехідної характеристики методом Симою

Метод Симою є універсальним методом апроксимації, що дозволяє отримати апроксимуючі вирази будь-якого порядку. Цей метод дуже зручний для обробки на ЕОМ, він легко алгоритмізується та відрізняється великою точністю. Апроксимуючою залежністю є дробно-раціональна передаточна функція виду:

(3.16)

Невідомі коефіцієнти визначають із наступної системи рівнянь:

(3.17)

Коефіцієнти розраховується по формулам:

(3.18)

Одержана передаточна функція другого порядку, що у безрозмірному вигляді має вигляд:

Точність математичної моделі Sigma = 0,054 % Розрахункова характеристика в таблиці 3.4 наведена у безрозмірному вигляді. Для того, щоб перебудувати її в приростах температури помножимо кожне значення безрозмірної перехідної характеристики на 4.75 (максимальне значення відхилення температури).

Графіки експериментальної та апроксимуючої залежностей в приростах температури наведено на рис. 3.5

Рис. 3.5 - Апроксимація перехідної характеристики методом Симою

Порівнюючи математичні моделі, отримані методом апроксимації послідовністю однакових аперіодичних ланок і методом Симою, вибираємо математичну модель, отриману методом Симою, оскільки ця модель має більш високу точність. Апроксимуюча передавальна функція методом Симою в безрозмірному вигляді має наступний вигляд:

Точність цієї моделі Sigma= 0,054 %

Апроксимуюча передавальна функція апраксимована послідовністю однакових аперіодичних ланок

4. Монтаж елементів систем регулювання

Монтаж елементів передбачає встановлення відповідних елементів засобів контролю та регулювання в схемах зовнішніх електричних і трубних проводок. Останні в свою чергу повинні бути узгоджені із функціональними схемами автоматизації. На них показують електричні і трубні зв'язки, що прокладаються поза щитами між окремими приладами, засобами автоматизації і щитами проектованої установки.

На цих схемах умовними позначеннями у вигляді монтажних символів показують:

· добірні пристрої і первинні прилади з вказівкою їх маркіровки по функціональній схемі автоматизації і номерів настановних креслень;

· щити і пульти контролю, регулювання, управління, сигналізації і живлення з вказівкою їх найменувань і номерів креслень монтажних схем;

· встановлювані поза щитами прилади, регулятори, виконавчі механізми, клапани, заслінки, електроприводи, магнітні пускачі, джерела електроживлення, забезпечення повітрям і інші прилади, до яких підводять кабелі, дроти або труби з вказівкою їх маркіровки по відповідних функціональних схемах і номерів настановних креслень;

· сполучні коробки, коробки вільних кінців термопар, а в окремих випадках прохідні коробки з вказівкою їх номерів по специфікаціях і номерів настановних креслень;

· прокладені поза щитами електричні дроти і кабелі з вказівкою їх номерів, мазкий, довжин, а також характеристик і довжин захисних труб;

· прокладені поза щитами імпульсні, живильні, продувочные і дренажні трубопроводи з вказівкою їх номерів, характеристик, довжин і типів замочної арматури;

· затиски розташованих зовні щитів приладів, регуляторів, сполучних коробок, виконавчих механізмів, магнітних пускачів з вказівкою заводських номерів затисків;

· лінії заземлення щитів, приладів і інших електроприймачів, що підлягають заземленню згідно «Правилам пристроїв електроустановок».

...