АСУ двухстадийного дробления замкнутого цикла

дробилки. Если в автоматическом режиме регулируемые величины превысят

установленные для них предельные значения, на блок 5 поступит сигнал, и

питатель выполняющий функцию исполнительного органа, до тех пор будет

снижать свою производительность, пока сигнал не исчезнет. Если уровень не

превышает нижнего заданного значения (0,6 высоты камеры дробления),

регулятор уровня выключается, и регулирование осуществляется по

производительности. При заполнении дробилки до верхнего максимального

допустимого значения - 0,9 высоты камеры-регулятор останавливает питатель.

При опускании уровня заполнения ниже предельного значения регулирование

ведется только по сигналу датчика производительности. Недостаток системы

заключается в применении системы регулирования релейного действия. Это

приводит к быстрому износу пусковой аппаратуры,

редуктора и пластинчатого питателя из-за частых пусков. Но эта система

может быть превращена в линейную систему управления при соответствующей

замене аппаратуры. Вместо привода релейного действия может быть применен

привод пластинчатого питателя с индукторной муфтой скольжения; привод с

двигателем постоянного тока, питателем от управляемого магнитного

усилителя, или привод с кремниевым выпрямителем. В этом случае получается

система регулирования производительности конечного продукта дробления с

последовательной коррекцией по значению производительности.

Криворожсский горнорудный институт разработал систему регулирования

загрузки дробилки (рис. 2,5). Изобретение относится к управлению конусными

дробилками, может быть использовано в черной и цветной металлургии, в ПСМ и

в химической промышленности и позволяет повысить точность регулирования.

[pic]

рис. 2.5. Система регулирования загрузки дробилки Криворожсского

горнорудного института

Система содержит питатель 1, грохот 2, дробилку 3, конвейер 4

подгрохотного продукта, конвейер 5 дробленного продукта, привод 6 питателя,

датчик 7 производительности грохота, блок 8 определения соотношения, блок 9

сравнения соотношений, задатчик 10, датчик 11 уровня руды в дробилке,

регулятор 12, электроприводы 13 и 14 грохота и дробилки, датчик 15

производительности дробилки, пороговые элементы 16 и 17, блоки 18 и 19

задержки и коммутаторы 20—22. Формула изобретения. Система регулирования

загрузки дробилки с грохотом, питателем, конвейерами дробящего и

подгрохотных продуктов, содержащая блок определения соотношения; блок

сравнения соотношений; задатчик, датчик уровня руды в дробилке;

датчик производительности грохота; регулятор и электроприводы питателя,

грохота и дробилки, причем датчик производительности грохота подключен к

первым входам блока определения соотношения. Выход через блок сравнения

соотношений соединен с первым входом задатчика, второй вход которого

соединен с датчиком уровня руды в дробилке. Выходной сигнал задатчика через

регулятор поступает на электропривод питателя. Особенность данной системы в

том, что для повышения точности регулирования, она снабжена тремя

коммутаторами, двумя пороговыми элементами, двумя блоками задержки и

датчиком производительности дробилки. Датчик производительности дробилки

подключен ко второму входу блока определения соотношения, выход которого

соединен с входами пороговых элементов. Выход первого порогового элемента

соединен с первыми входами первого и второго коммутаторов и второго блока

задержки, второго - со вторым входом первого коммутатора и входом первого

блока задержки. Сигнал с первого блока задержки поступает на входы второго

коммутатора и второй блок задержки. Привод дробилки соединен через третий

коммутатор со вторым блоком задержки. Выход первого коммутатора соединен с

приводом питателя, а выход второго коммутатора соединен с приводом.

Следует отметить также недостатки предложенных последних двух систем.

В системе, предложенной институтом «Кривбасспроект» на питателе

используется датчик веса, который снижает надежность системы. Использование

последовательной коррекции, как принципа построения системы регулирования

также можно отнести к недостаткам данных систем.

2.3 Выбор основного оборудования

Для достижения заданной производительности на выходе материала из

дробилки выберем щековую дробилку С-887. Для которой :

Размер приемного отверстия, мм 1500Ч2100,

Наибольший размер загружаемых кусков, мм 1300,

Номинальная ширина выходной щели, мм 180,

Пределы регулирования выходной щели, мм 135-225,

Частота вращения эксцентрикового вала, мин -1 100,

Производительность, м3/ч 280 т/ч,

Мощность электродвигателя 250 кВт,

Тип и характеристика питателя - пластинчатый (В = 2400 мм).

Т.к. тип питателя пластинчатый произведем выбор и расчет пластинчатого

питателя:

Типоразмеры,мм - 2400Ч6000,

Скорость движения, м/с - 0,16-0,08,

Длина, мм – 5500,

Масса, т – 51,9,

Производительность Q (т/час) пластинчатого конвейера может быть

определена по формуле:

Q = 3600 F*v*[pic],

где F — площадь поперечного сечения материала на ленте, м2,

F = 0,25 В2 К2 • tg (0,6[pic]) = 0,25*2,42*0,852*tg(0.6*15)=0.15

где В — ширина полотна, м; К=0,85 — отношение ширины слоя материала к

ширине полотна; [pic] — угол естественного откоса материала в движении; v —

скорость движения полотна конвейера, принимается в пределах 0,08-0,16 м/сек

и уточняется по формуле

V=[pic],

где t — шаг тяговой цепи(0.1), м; b — число зубьев приводной (b = 5).

n — об/мин — число оборотов головного вала конвейера(nmax=19)

Отсюда,

Qmax=3600*1.04*0.15*0.16*2.7=300 т/ч.

Рассчитаем мощность электродвигателя пластинчатого питателя

[pic],

где К2 = 1,10-1,25 — коэффициент запаса мощности; q — масса 1 погонного

метра движущихся частей конвейера, кг/м; L — длина конвейера, м; L1 — длина

проекции конвейера на горизонтальную плоскость, м; Н — высота подъема

материала, м.

N=1.1[pic].

В качестве привода питателя выбираем асинхронный двигатель 4A25S4

Мощность 50 кВт,

Частота вращения 1477 об/мин,

Ток статора 95,2 А,

Момент инерции 133*10 -2 кг/м2.

Тогда, чтобы число оборотов ведущего вала питателя было 19 об/мин,

необходим редуктор с передаточным числом 78.

В качестве весового конвейера применяем весы конвейерные ВК-2М.

Основные технические характеристики весов конвейерных ВК-2М:

|Длина ленты конвейера |4 м |

|Скорость движения ленты |2 м/с |

3. Составление и описание функциональной схемы

Функциональные схемы являются основным техническим документом,

определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов

автоматического контроля, управления и регулирования технологического

процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами

автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной

техники).

По имеющейся схеме автоматизации двухстадийного дробления замкнутого

цикла (представленной на рис. 1.1.), составим функциональную схему системы

регулирования (приложение 1).

Требования предъявляемые к дроблению, обеспечение требуемых размеров

материала на выходе. При этом должно обеспечиваться: максимальный выход

одной какой-либо фракции при минимальных энергозатратах. Для того чтобы

материал не переизмельчался применяется двухстадийное дробление.

Чтобы дробилки работали в оптимальном режиме, применяются датчики

мощности (1 п) и (1 ц) для приводов дробилок соответственно 1-ой и 2-ой

дробилок. С этих датчиков сигнал поступает на логическое устройство (1 с)

(в настоящее время используются контроллеры). Для того, чтобы дробилки не

перезагружались, применяются сигнализаторы уровня (1а, 1г) и (1т)

соответственно 1-ой и 2-ой дробилок, сигналы которых через соответствующие

преобразователи (1 б, 1 д) и (1 у), поступают также на логическое

устройство (1 с) и на показывающие приборы на щите (1 в, 1 е) и (1ф)

соответственно. Также чтобы вторая дробилка не перезагружалась, применяется

весовой конвейер, вес которого фиксируется датчиком веса (1 л) сигнал с

которого подается на логическое устройство (1 с). В соответствии с

сигналами, полученными логическим устройством, оно увеличивает или

уменьшает: скорость питателя, выходную щель дробилок, подавая через УМ (1

з), (1 л) и (1 у) соответственно сигнал на привод питателя, 1-ой дробилки и

2-ой дробилки.

4. Составление структурной схемы

Щековая дробилка является объектом, работу которого характеризует

производительность питателя Qп, ширина разгрузочной щели l, крупность D и

прочность ? исходного материала, а также производительность Qдр, мощность

N, потребляемая в процессе дробления, и гранулометрический состав

дробленого продукта, характеризуемый средневзвешенным диаметром кусков dср.

Возможные отклонения ширины разгрузочной щели от заданного значения,

как правило, своевременно устраняются обслуживающим персоналом

при профилактических осмотрах. Кроме того, изменение ширины разгрузочной

щели в процессе эксплуатации настолько мало, что его влиянием можно

пренебречь.

С учетом сделанных ограничений: структурная схема щековой дробилки как

объекта автоматического регулирования производительности приведена на

рис.4.1. в котором в качестве входного регулирующего воздействия

рассматривается производительность питателя Qп, в качестве выходной

регулируемой величины -производительность дробилки Qдр.

[pic]

Рис 4.1. Структурная схема щековой дробилки как объекта автоматического

регулирования.

Приняв параметры механического режима щековой дробилки крупного

дробления (угол захвата ?, ход подвижной щеки S) неизменными, отнесем к

возмущающим воздействиям f изменение прочности ? и крупности D) исходного

материала.

Уравнение материального баланса дробилки имеет вид

[pic] (4.1)

где Qп — производительность питателя; Qдp — производительность дробилки,

или в операторной форме

[pic] (4.2)

где [pic], [pic], [pic] - изображения Лапласа соответствующих величин.

Из уравнения (4.2) следует, что по каналу производительность питателя

- запас материала в дробилке щековая дробилка является астатическим

объектом. Дальнейшее исследование объекта связано с рассмотрением

передаточной функции [pic], характеризующих соответственно взаимосвязь

величин [pic] Qдр(s).

Производительность дробилки в переходных режимах определяется

не всем запасом материала, находящегося в текущий момент в дробилке, а

некоторым эффективным количеством материала [pic] находящегося в

непосредственном контакте с «призмой выпадения».

Исходя из этого объем материала можно представить в виде двух

составляющих:

[pic]

где - [pic] запас материала в зоне предварительного дробления; [pic] -

запас материала в зоне эффективного дробления.

[pic]

Рис. 4.2. Физическая модель процесса дробления в щековой дробилке

Физическая модель такого процесса дробления приведена на рис. 4.2.

Исходя из принципа разделения запаса материала на две зоны и

применения к отдельным зонам выражения материального баланса (4.1),

учитывая при этом функциональную зависимость между производительностью и

полным запасом материала

[pic]

составлена система дифференциальных уравнений, характеризующих динамику

процессов, протекающих в щековой дробилке (запаздывание в объекте не

учитывается).

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

[pic]

где Qпр — производительность в предварительной зоне дробления;

[pic][pic][pic] - нелинейные функции, определяемые экспериментально.

Структурная схема, соответствующая данной линеаризованной системе

уравнений, представлена на рис. 4.3.

Из приведенной структурной схемы можно получить выражения передаточных

функций, связывающих

[pic]Рис. 4.3. Структурная схема щековой дробилки

производительность дробилки с полным запасом материала m:

[pic]

В разобранной структурной схеме щековой дробилки не учитывается

чистое запаздывание, физическая природа которого связана с временем

свободного падения горной массы с питателя в камеру дробления ?1 и временем

свободного падения дробленого материала на конвейер, транспортирующий

продукт, ?2. Однако это запаздывание необходимо учитывать.

Пренебрегая изменением уровня материала на конвейере и запасом материала в

камере дробления, можно принять ?1 и ?2 постоянными. С учетом

выражений (4.3) и (4.4) можно записать:

[pic] (4.3)

[pic] (4.4)

Тогда передаточная функция [pic] по соответствующим каналам с учетом

звеньев чистого запаздывания запишется так:

[pic]

5. Расчет регулятора исследуемого объекта

Произведем расчет регулятора для системы, у которой

производительность питателя на входе и дробилки на выходе. В качестве

рассматриваемого объекта – щековая дробилка С-887, для которой

[pic]т/ч, [pic]=2.11 т, Т1=60 с, T2 = 30 c, ?1 = 2 c, ?2 = 1 c.

Передаточная функция объекта равна

[pic]

После разложения экспоненты в ряд Паде получим: [pic]=[pic]

[pic]

Рис. 5.1. Переходный процесс системы.

5.1 Расчет регулятора методом РЧХ

Согласно этому методу, расчетные формулы для настроек регулятора

замкнутой системы, представленной на рис. 5.2, получают из условия,

аналогичного критерию Найквиста.

Рис. 5.2. Требуемая структура системы, к которой применим метод РЧХ

Если разомкнутая система имеет степень колебательности не ниже

заданной, то замкнутая систем будет обладать заданной степенью

колебательности в том случае, когда расширенная КЧХ разомкнутой системы

[pic] проходит через точку с координатами [pic], т.е.

[pic],

где [pic] (1)

[pic]

Уравнение (1) равносильно двум уравнениям, записанным

относительно расширенных АЧХ и ФЧХ объекта и регулятора, а именно:

[pic] (2)

Для заданных частотных характеристик объекта и выбранного

закона регулирования при решении системы уравнений (2) находят вектор

настроек регулятора S, обеспечивающих заданную степень колебательности на

каждой частоте.

Самыми распространенными регуляторами являются П, ПИ и ПИД поэтому

рассчитаем коэффициенты для данных регуляторов и выберем из них по

переходному процессу наиболее оптимальный.

Формулы для расчета коэффициентов регуляторов получают из системы:

П:

R(p)=s1,

[pic],

[pic];

?р – находят при [pic]=-180,

Для данной системы П – регулятор неприменим, т. к. ФЧХ никогда не

будет равняться -180.

ПИ:

R(p)=s1+[pic]

[pic]

?р = 0.8 ?п ,

Используя программу MatLab для решения системы получаем следующие

коэффициенты:

S1 = 0.1243,

S0 =0.0209.

[pic]

Рис. 5.2. Переходный процесс системы с ПИ – регулятором.

ПИД:

R(p)=s1+[pic]

[pic]

S2 = 1,

S1 = 1.6453,

S0 =0.0211.

[pic]

Рис. 5.3. Переходный процесс системы с ПИД – регулятором.

Из переходных процессов видно, что наиболее оптимальным является ПИД

– регулятор, т. к. у него меньше перерегулирование и меньше время

переходного процесса.

6. Подключение датчиков к контроллеру

Устройство управления для данной системы реализуем на базе контроллера

ROBO 3140, на который в этом случае возлагаются функции сбора информации о

текущей производительности подсистем дозирования, обработки полученной

информации и выдачи управляющих сигналов на исполнительные механизмы.

Характеристики контроллера приведены в таблице 1.

Таблица 1. ROBO 3140

|Конструкция |Пластиковый корпус |

|Вид монтажа |Монтаж на DIN рейку; Монтаж на|

| |стене |

|Процессор |

|Тип процессора |AMD188ES |

|Максимальная частота процессора |40МГц |

|Память |

|Оперативная память |Максимальный объем|256кб |

| |Установлено |256кб |

|Энергонезависимая |Максимальный объем|2кб |

|память | | |

| |Установлено |2 |

| |Тип |EEPROM |

|Электронный диск |Установлено |512кб |

| |Максимальный объем|512кб |

| |Тип |Flash |

|Интерфейс |

|Последовательный |Тип |2xRS232; RS485; RS232/RS485 |

|интерфейс | | |

| |Максимальная |115200бит/сек |

| |скорость | |

| |Разъемы |DB9; Винтовые клеммы |

|Таймеры |

|Часы реального времени |Да |

|Сторожевой таймер |1.6сек |

Страницы: 1, 2, 3