Автоматизация технологического процесса производства цемента с регулированием уровня загрузки и вязкости шлама в цементной мельнице

В практике производства цемента существуют сложные технологические объекты - шаровые мельницы. Разработка систем автоматического регулирования для этого агрегата представляет значительные трудности, т.к. надо знать показатели, наиболее полно характеризующие протекание тех. процесса и связь их между собой.

Кроме того, при рассмотрении динамических характеристик объектов считалось, что возмущающие воздействия носят определенный (детерминированный) характер и имеет форму ступенчатого, прямоугольного сигнала.

Но в промышленных условиях объекты регулирования непрерывно находятся под воздействием разнообразных возмущений.

В таких случаях для анализа линейных систем используется аппарат теории случайных процессов.

Случайным процессом называется процесс изменения случайной величины во времени.

Случайной величиной называется величина, значение которой не может быть точно предсказано и которая меняется в зависимости от случая.

Вместо термина "случайный" обычно используют понятия стохастический и вероятностный.

Математическим ожиданием величины Y называется среднее значение случайной величины Y, определенное по множеству ее возможных значений.

m=M(Y) , (5)

где М - среднее значение случайной величины

Математическое ожидание

=, (6)

где - сумма всех значений случайной величины при всем количестве наблюдений,

n - число наблюдений.

Дисперсией называется среднее значение квадрата отклонения случайной величины Y от среднего значения.

, (7)

где - математическое ожидание,

у - случайная величина.

Среднеквадратичным отклонением называется величина, характеризующая среднюю изменчивость изучаемого свойства объекта.

(8)

Среднеквадратичное отклонение

, (9)

где - сумма квадратов отклонений всех значений параметра от среднего арифметического

n - число наблюдений, знаки + и - показывают, что отклонения могут быть в ту и другую сторону от среднего значения.

Для оценки точности результата измерения можно воспользоваться вероятной погрешностью.

Вероятная погрешность результата измерений, т.е. среднего арифметического значения при нормальном законе распределения случайных погрешностей равна

(10)

Такой способ определения справедлив только при большом количестве измерений, n

На практике число измерений может быть меньше.

Поэтому определяют доверительный интервал.

Используют коэффициенты Стьюдента , которые зависят от доверительной вероятности Р и количества измерений n.

Для определения доверительного интервала среднюю квадратичную погрешность надо умножить на коэффициент стьюдента .

Окончательный результат измерения можно записать так :

(11)

Тонкость помола влияет на скорость схватывания и твердения, а так же на прочность затвердевшего цемента: чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимодействие цемента с водой и тем выше будет его прочность. Тонкость помола устанавливается ситовым анализом. Мы провели такой анализ. При этом получены результаты:

Р1=2800 см2/г

Р2=2850 см2/г

Р3=2900 см2/г

Р4=2800 см2/г

Нужно определить интервал, в котором находится значение измеряемого параметра с доверительной вероятностью Р=0,99

РЕШЕНИЕ:

1.Находим среднее значение Р

(12)

2.Находим остаточные погрешности измерений с

3.Находим среднеквадратичную погрешность измерений

(13)

4.По таблице 7 находим для Р=0,99 и n=4 =5,8

5.Тогда искомое значение параметра будет иметь вид

Р=2837,5

Таблица 7 Коэффициенты Стьюдента t

5. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ АСР ДЛЯ ОДНОГО КОНТУРА РЕГУЛИРОВАНИЯ

Любая автоматическая система состоит из отдельных связанных между собой элементов. С точки зрения функциональных задач, выполняемых элементами в системе, их можно разделить на воспринимающие, задающие, сравнивающие, преобразующие, исполнительные и корректирующие. Воспринимающие элементы датчики измеряют физические параметры объекта регулирования и преобразуют их в электрический сигнал.

Задающие элементы задатчики служат для задания требуемого значения регулируемого параметра.

Сравнивающие элементы (СЭ) сопоставляют заданное значение управляемой величины с действительным значением параметра объекта регулирования.

Полученный на входе СЭ сигнал рассогласования передается через усилитель на исполнительный механизм, который, в свою очередь, управляет регулирующим органом. Этот РО управляет состоянием объекта ОР.

Корректирующие элементы служат для улучшения качества процесса управления. Эти элементы могут устанавливаться как после усилителя, так и после датчика. Кроме этой подробной структурной схемы системы в автоматике применяется упрощенная схема, которая состоит из крупных функциональных блоков. Наиболее крупным блоком является регулятор, который объединил сравнивающее устройство, усилитель, корректирующие элементы.

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности. Основной характеристикой является статическая характеристика элемента. Она представляет собой зависимость выходной величины Y от входной Х.

Нужно составить АСР, структурная схема, которой представлена на приведённом ниже рисунке 4.

Рисунок 4-Структурная схема АСР

И теперь мы можем составить один контур регулирования для функциональной схемы автоматизации цементной мельницы.

Рисунок 5 - Контур регулирования

6 РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ АСР

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности. Основной характеристикой является статическая характеристика элемента. Она представляет собой зависимость выходной величины Y от входной Х в установившемся режиме. Y=f(x). Если исключить из рассмотрения все нелинейности, присущие этим характеристикам, то можно описать элементы автоматики линейными характеристиками.

1)Статическая характеристика ОР описывается уравнением

или (14)

В соответствии с вариантом N = 2

Достаточно определить 2 точки, чтобы построить характеристику ОР

Таблица 8 Построение характеристики ОР

Рисунок 6 - Статическая характеристика ОР

2)Статическая характеристика датчика описывается уравнением

(15)

Для построения этой статической характеристики выбраны следующие значения

Таблица 9 Построение характеристики датчика

По этим точкам построена прямая на рисунке 6

Рисунок 7 - Статическая характеристика датчика

3) Статическая характеристика регулятора описывается уравнением

(16)

Таблица 10 Построение характеристики регулятора

По этим точкам построена прямая на рисунке 7

Рисунок 8 - Статическая характеристика регулятора

4) Статическая характеристика исполнительного механизма описывается уравнением

(17)

Достаточно определить 2 точки, чтобы построить характеристику исполнительного механизма

Таблица 11 Построение характеристики исполнительного механизма

По этим точкам построена прямая на рисунке 8

Рисунок 9 - Статическая характеристика исполнительного механизма

5) Для определения общей статической характеристики цепи ОС - ДРИМ изобразим статические характеристики этих звеньев на общей плоскости.

В первом квадранте находится статическая характеристика датчика, во втором - регулятора, в третьем - исполнительного механизма.

Рисунок 10 - Статическая характеристика цепи ОС-ДРИМ

6) Для определения взаимосвязи между статическими характеристиками ОР и ДРИМ изобразим их в одной системе координат. В результате эти две статические характеристики пересекутся в точке А.

Рисунок 11 - Статические характеристики ОР и ДРИМ

7) Эта точка А называется рабочей . Угол пересечения этих прямых равен 620.

Из теории АСР известно: при пересечении двух статических характеристик под углом 60-90° система характеризуется хорошей устойчивостью.

7. РАСЧЕТ КАЧЕСТВА ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА

Частотный критерий Михайлова.

Этот частотный критерий позволяет судить об устойчивости замкнутой системы по поведению ее характеристического вектора на комплексной плоскости.

Характеристический вектор получают путем подстановки в выражение для характеристического полинома значения p=iщ. На рисунке представлены входные и выходные величины в виде векторов на комплексной плоскости.

Рисунок 13 - Представление входных и выходных величин в виде векторов на комплексной плоскости

Важную роль при описании линейных систем играют частотные характеристики, характеризующие реакцию объекта или звена на входной гармонический сигнал.

Входная величина произвольной формы X(t) может быть представлена в виде суммы бесконечного числа синусоидальных колебаний, отличающихся амплитудами, частотой и фазой.

Если система линейна, то выходная величина Y(t) равна сумме гармонических колебаний, каждое из которых является реакцией системы на соответствующую гармонику на входе.

Функции частот (щ), описывающие изменения амплитуды и фазы гармонических колебаний при прохождении через линейную систему, называются частотными характеристиками системы.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) - это зависимость отношения амплитуды на выходе к амплитуде колебаний на входе от частоты.

(21)

Фазочастотная характеристика (ФЧХ) - это зависимость разности фаз между выходными и входными гармоническими колебаниями от частоты.

(22)

На рисунке показано прохождение установившихся гармонических колебаний через линейную систему.

Рисунок 14 - Прохождение установившихся гармонических колебаний через линейную систему.

Если в уравнении W(p) заменить p на iщ , то получим характеристический вектор W(iщ). При изменении щ от 0 до ? конец вектора W(iщ) в комплексной плоскости вычертит кривую, называемую характеристической кривой или годографом.

По виду годографа можно судить об устойчивости системы.

По заданию был сделан расчёт устойчивости АСР, у которой передаточная функция

1.Построение годографа начинается с замены p на iщ.

2.Получим частотную передаточную функцию

Умножим числитель и знаменатель на сопряженное значение знаменателя

3.Выделим в этом выражении действительную Re(щ) и мнимую Im(щ) составляющие. Получим

4.Построение годографа начинается с определения положения двух крайних точек

щ=0 и щ=?

При щ=0 Re(0)=0,05 Im(0)=0 Получим т.А на действительной оси

При щ=? Re(?)=0 Im(?)0 Получим т. В на действительной оси

5. Re=0 Im=- 8 Получим т.С, где частота

6. Пусть Re=0,05 Тогда Im=0,01 Получим т.Д

7. Соединим все точки АВСД и получим

Рисунок 15 - Годограф статического объекта

Сформулируем частотный критерий Михайлова:

Для устойчивости системы необходимо и достаточно, чтобы ее характеристический вектор при изменении частоты от0 до +? повернулся в положительном направлении (против часовой стрелки) начиная с положительной вещественной части на число квадрантов, равное порядку характеристического уравнения (n).

Т. к порядок характеристического уравнения равен 2 и вектор на рисунке повернут в положительном направлении на 2 квадранта, то система является устойчивой.

8 ВЫБОР ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ

Рисунок 16 - Контуры регулирования

1. С помощью микрофонного устройства УМ-3М 1а контролируется уровень загрузки в первой камере сырьевой мельницы. Оно устанавливается вблизи неё (во втором межболтовом промежутке от начала мельницы со стороны падения шаров) таким образом, чтобы микрофонная головка размещалась в непосредственной близости от трубной поверхности мельницы и ось микрофона располагалась под углом 450 к горизонтали.

Второе такое микрофонное устройство УМ-3М 4а монтируется в зоне шламообразования на расстоянии 0,35-0,4 длины мельницы от её начала: при длине мельницы 12 м это расстояние составляет 4,3 м, при длине 15 м-6 м и т. д. Сигнал от микрофона воспринимается усилительно-преобразующим блоком УПБ - 2М.

2. Приборы автоматические следящего уравновешивания КСМ4, КСМ4И, КСП4-1в и 3б в данной схеме автоматизации, КСП4И, КСУ4 Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), предназначены для измерения силы и напряжения постоянного тока, а также неэлектрических величин, преобразованных в указанные выше электрические сигналы и активное сопротивление.

По виду входного сигнала приборы разделяются на группы:

-Приборы для измерения напряжения и силы постоянного тока -- потенциометры (КСП4, КСП4И, КСУ4);

-Приборы для измерения активного сопротивления -- мосты (КСМ4, КСМ4И).

По защищенности от воздействия окружающей среды и устойчивости к механическим воздействиям приборы разделяются на следующие исполнения:

-обыкновенное - по ГОСТ 12997--76;

-тропическое - по ГОСТ 17532--77;

-взрывобезопасное - (вид защиты -- искробезопасная электрическая цепь) по ГОСТ 18311--72.

Приборы обыкновенного исполнения предназначены для работы в условиях, нормированных по ГОСТ 15150--69 для климатического исполнения "УХЛ" (обычного для групп приборов КСП4, КСП4И, КСМ4, КСМ4И, КСУ4) категории размещения 4.2, но при температурах окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности окружающего воздуха до 80%.

Приборы КСМ4И, КСП4И с искробезопасными измерительными цепями предназначены для работы в комплекте с серийно выпускаемыми первичными преобразователями, не имеющими собственного источника питания, сосредоточенных индуктивностей или емкостей, которые могут быть установлены во всех взрывоопасных помещениях и наружных установках, содержащих взрывоопасные концентрации смесей паров или газов с воздухом НА, ИВ, ПС категории, групп Т1, Т2, ТЗ, Т4, Т5 согласно классификации ГОСТ 12.1.011--78. Приборы КСМ4И, КСП4И устанавливаются только вне взрывоопасных помещений.

Технические параметры прибора:

Основная погрешность приборов по показаниям, выраженная в процентах от нормирующего значения, не превышает пределов допускаемых значений, равных ±0,25% или ±0,5%. За нормирующее значение для приборов КСП4, КСП4И, КСУ4 принимают: разность верхнего и нижнего предельных значений входного сигнала,

если нулевое значение находится на краю диапазона измерения входного сигнала или вне него; сумму абсолютных предельных значений входного сигнала, если нулевое значение находится внутри диапазона измерения.

Нормирующее значение выражается в единицах тока для потенциометров КСУ4, в единицах напряжения для потенциометров КСП4, в единицах сопротивления для мостов КСМ4.

3. Диафрагма камерная ДК-0,6 ( на рисунке 2а)

Камерная диафрагма ДК-0,6 применяется для измерения расхода жидкости, пара или газа по методу переменного перепада давления в комплекте с преобразователями разности давления или дифманометрами в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Диафрагма камерная состоит из диска и корпусов кольцевых камер. Для уплотнения между плоскостью соприкосновения камер и диска вставлена прокладка.

Таблица12 Технические характеристики:

4. Дифманометр ДМ-3583М (2б)

Описание прибора:

Предназначены для пропорционального преобразования разности давлений в выходной унифицированный сигнал взаимной индуктивности.

Преобразователи (дифманометры) применяются в системах контроля, автоматического регулирования и управления технологическими процессами при измерении расхода жидкости, газа или пара по разности давления в сужающих устройствах, разности вакуумметрических и избыточных давлений, уровня жидкости по давлению гидростатического столба, находящегося под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением.

Технические параметры прибора:

Преобразователи выпускаются с верхними пределами измерений соответствующими ряду: 1,6; 2,5; 4,0; 6,3; 10; 16; 25 кПа (160; 250; 400; 630; 1000; 1600; 2500 кгс/м2) 40; 63; 100; 160; 250; 400; 630 кПа (0,4; 0,63; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,3 кгс/см2).

Нижний предел измерения равен нулю. Предельно допускаемое рабочее избыточное давление мПа(кгс.см2):16(160). Пределы изменения взаимной индукции:

-для ДМ3583М: 0-10 мГн

-для ДМ-3583ФМ: +-10 мГн

Класс точности: 1,5

Температура окружающей среды: от -30 до 50 °C

Выходной сигнал дифманометра прямо пропорциональный перепаду давления

Условия эксплуатации:

Преобразователи предназначены для измерения параметров неагрессивных газов и жидкостей при температуре окружающего воздуха от минус 30 градусов до плюс 50 градусов по Цельсию и относительной влажности до 95 процентов.

Преобразователи с верхними номинальными пределами измерений 1,6; 2,5; 4,0 кПа (160; 250; 400 кгс/м2) предназначены только на предельно допускаемое рабочее избыточное давление 16 МПа (160 кгс/см2).

5. Прибор КСД3 относится к приборам дифференциально-трансформаторным

Краткое тех. описание:

Для измерения вакуумметрического давления, расхода, уровня и других неэлектрических величин, преобразованных во взаимную индуктивность. Пределы допускаемой погрешности, в % от нормирующего значения: по показаниям и преобразованию ±1,0, по регистрации, регулированию и сигнализации ±2,5. Выходной сигнал: устройства преобразования 0-5, 4-20, токовый 4-8мА, пропорционально-интегрального регулирующего устройства 0-5мА.

6. Вискозиметр ротационный РВ-3

Принцип его работы основан на зависимости сопротивления вращающегося шара, погруженного в жидкость, от вязкости этой жидкости. Вискозиметр состоит из датчика- ротора, вращающегося от электропривода конденсаторного типа, вторичная обмотка которого включена в измерительную схему. При изменении вязкости скорость электродвигателя меняется, что приводит к изменению напряжения в мостовой схеме измерительной цепи. Вискозиметр имеет несколько выходов: на вторичный прибор и систему регулирования. Прибор градуируется в относительных единицах в пределах 0-100%. Вращение ротора на воздухе соответствует положению 0, а полностью заторможенное состояние ротора-100%.

Влажность шлама определяется методом высушивания и взвешивания определенной порции шлама. Тонкость помола измеряется ситовыми приборами путем взвешивания и просева проб на ситах.

9 РАСЧЕТ ПОГРЕШНОСТЕЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Произвести расчет основных метрологических характеристик прибора КСУ2 на основании данных таблицы

Таблица 13 Расчет погрешности прибора КСУ2

Вывод: т. к. приведенная погрешность равная 0,25 не превышает класс точности равный 1,5 , то прибор годен к эксплуатации.

10 СОСТАВЛЕНИЕ ТАБЛИЦЫ СОЕДИНЕНИЙ И ПОДКЛЮЧЕНИЙ ЩИТА, РАЗРАБОТКА СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЙ ВНЕШНИХ ПРОВОДОК

Таблица 14 Таблица соединений

Таблица 15 Таблица подключений

Таблица 16 Схема соединений внешних проводок

11 РАЗРАБОТКА ЧЕРТЖА ВИДА НА ФРОНТАЛЬНУЮ И ВНУТРЕННЮЮ ПЛОСКОСТИ ЩИТА, ПЕРЕЧНЯ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ЩИТА

Рисунок 17 - Вид на фронтальную плоскость щита

 Таблица 17 Перечень составных частей щита

12 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Экономическая часть дипломного проекта связана со всем комплексом вопросов решаемых в проекте и вместе с технологической частью представляет собой единое целое. В этой части проекта выполняется экономическое обоснование решения по внедрению и эксплуатации цементной мельницы в производстве цемента.

Цель внедрения:

1) Повысить качество выпускаемой продукции;

2) Повысить производительность труда.

12.1 Организация труда на предприятии по производству цемента

Одним из направлений организации производства цементной промышленности является организация труда на предприятии. Организация труда обеспечивает выявление и использование резервов повышения производительности труда, создание наиболее благоприятных условий для работы.

Организация труда на промышленном предприятии предусматривает планомерную кооперацию и планомерное разделение труда. На цементном заводе, как и на всяком другом промышленном предприятии, производственный процесс расчленяется на отдельные частные процессы; этому расчленению соответствует определенное разделение труда, требующее его планомерной кооперации.

Разделение труда на цементном заводе заключается в наилучшем распределении работ между цехами, участками, сменами, бригадами и отдельными работниками, а кооперация -- в таком согласовании их действий, которое обеспечивало бы наибольший выпуск высококачественного цемента при минимальной его себестоимости.

Страницы: 1, 2, 3