Разработка системы автоматизации на базе ПО «Круг» и программируемых микроконтроллеров производства аккумуляторов

 

     Максимальную высоту падения шара увmax определяют из равенства первой производной соответствующего выражения нулю:

 

     yв = −8R sin α cos 2 α + 4 R sin 3 α = 0                                                         (2.8)

 

откуда получают tgα опт = 2 и оптимальный  угол αопт = 54º40'.

   Оптимальная угловая скорость барабана при αопт = 54º40' равна

 

     ωопт =   g cos 54 º40′ / R = 2,38 / R                                                               (2.9)

 

где R – внутренний радиус барабана, м.

     Следовательно, оптимальная  угловая скорость составляет  примерно 76 % критической угловой  скорости. Такое соотношение практически соответствует значениям, установленным при эксплуатации барабанных мельниц.

     Полезная мощность  электродвигателя определяется  энергозатратами на подъем загрузки  измельчителя, т.е. мелющих тел  с измельчаемым материалом, и на сообщение ей кинетической энергии.

     Мощность электродвигателя  при кпд привода η определяется  по формуле

 

     N = 0,39 mз R ω g / η, кВт                                                                           (2.10)

 

где mз – масса загрузки, т.

     Масса загрузки состоит  из массы mм мелющих тел и  массы измельчаемого материала, которую, обычно, принимают равной 14 % массы мелющих тел. Следовательно, масса загрузки будет равна

 

     mз = 1,14 mм = 1,14 π R 2 Lρ φ µ, т                                                            (2.11)

 

где L – длина барабана, м; ρ – плотность материала  мелющих тел, т/м3; φ –коэффициент заполнения барабана; µ – коэффициент неплотности загрузки (для шаров µ = 0,57, для стержней µ = 0,78).

     Коэффициент  полезного действия зависит от типа привода: при центральном приводе η = 0,9...0,94, при периферийном η = 0,85...0,88. В связи с необходимостью преодоления инерционного момента при пуске установочную мощность двигателя назначают на 10…15 % больше расчетной.

     Для ориентировочных  расчетов эту формулу используют  и в других отраслях промышленности.

 

     2.3.1.2 Автоматизация барабанной мельницы

     Рисунок 2.7 - Принципиальная схема регулирования пыле системы  шаровой барабанной мельницей

 

1 – регулятор загрузки мельницы, 2 - регулятор охлаждения мельницы, 3 – бункер накопитель свинцовых цилиндриков, 4 – заслона регулирования поступления цилиндриков в мельницу, 5 – транспортерная лента, 6 – емкость воды для охлаждения барабанной мельницы, 7 – барабанная мельница, 8 – мешочный фильтр, 9 – центробежный насос выдуха отфильтрованного воздуха. Например чрезмерная загрузка мельницы может привести к резкому уменьшению производительности. Регулирование загрузки мельницы оценивают по перпаду давлений DР_m воздушной смеси до и после мельницы путём измерения разности скоростей смеси в этих точках. Стабилизация загрузки осуществляется воздействием на положение ножа питателя сырого угля (ПСУ) в зависимости от значения выбранного показателя загрузки, напримерDР_{m .}

 

     Рисунок 2.8 - Принципиальная схема регулирования загрузки мельницы

 

 

     Рисунок 2.9 - Функциональная схема регулирования загрузки мельницы:

 

1-регулятор, 2-мельница, 3-регулирующий  орган. 

Мельница должна находиться под разрежением для избегания выбивания пыли из горловин. Для этого предусматривают САР – разрежения перед мельнице . Входным сигналом для регулятора служит разрежение перед мельницей S_m. Регулятор воздействует на заслонку на линии подвода общего греющего воздуха к мельнице.

 

     Рисунок 2.10 - Принципиальная схема регулирования температуры в мельнице

 

     Рисунок 2.11 – Функциональная схема регулирования температуры в мельнице

 

1-мельница; 2-регулятор; 3-регулирующий  орган.

Температура за мельницей t_м стабилизируется в заданных пределах путём воздействия на расход смеси слабо подогретого и горячего воздуха.

     Рисунок 2.12 Система регулирования и защиты мешочного фильтра мельницы по расходу

     Рисунок 2.13 - Функциональная схема регулирования расхода свинцовой пыли

 

7-мельница, 1-регулятор температуры воздушной смеси за мельницей, 10-регулирующий орган.

Влажность пыли на выходе из мельницы или степень её подсушки устанавливается  по условиям процесса сжигания и работы пыле питателей, а также по условиям взрывобезопасности системы пылеприготовления. Повышенная влажность пыли ухудшает её воспламенение, приводит к её зависанию в бункерах и нарушению нормальной работы топливоподающих устройств. Чрезмерная подсушка повышает взрывоопасность и излишнюю текучесть пыли. Косвенным показателем влажности пыли служит температура смеси за мельницей. Регулятор (17) получает сигнал от датчика температуры смеси и через исполнительный механизм перемещает в нужном направлении спаренные заслонки. Для того чтобы общий расход воздуха через мельницу оставался неизменным спаренные заслонки выполняются взаимокомпенсирующими. С целью защиты от взрыва предусмотрено устройство (18) для снижения температуры путем автоматического открытия заслонки холодного воздуха. Защита срабатывает при повышении температуры t_м сверх допустимого значения.

 

     2.3.2 Смеситель пасты

 

Объект управления - емкость  с мешалкой, аппарат непрерывного действия, в котором смешиваются А - электролит (с концентрацией целевого компонента С_А) и Б – свинцовая паста (с концентрацией целевого компонента С_Б) для получения гомогенизированного раствора с заданной концентрацией целевого компонента С_см.

     Рисунок 2.14 - Схема объекта управления

 

     Показатель эффективности процесса - концентрация целевого компонента в гомогенизированном растворе (смеси) - С_см.

     Цель управления процессом - обеспечение заданной концентрации смеси при эффективном и интенсивном перемешивании.

     Эффективность перемешивания обеспечивается выбором параметров аппарата, перемешивающего устройства, числа оборотов мешалки, обеспечивающих равномерность концентрации смеси в аппарате с заданной интенсивностью (т.е. за заданное время).

     Однако в реальных условиях технологические объекты подвержены действию внешних и внутренних возмущений, которые приводят к отклонению технологических режимов работы от расчетных.

     Задача разработки системы автоматизации обеспечить в условиях действия внешних и внутренних возмущений в процессе эффективное и интенсивное его функционирование с требуемыми характеристиками качества.

 

     2.3.2.1 Теоретические  аспекты процесса механического  перемешивания

 

     При вращении лопасти мешалки в аппарате возникает вынужденное движение жидкости, которое описывается критериальным уравнением вида:

 

     Eu_м=f(Re_м, Г)                                                                                                 (2.12)

 

где Eu_м -  модифицированный критерий Эйлера Eu_м

     (                                                                                  (2.13)

Re_м - модифицированный критерий Рейнольдса

                                                                                                 (2.14)

геометрический симплекс Г

 

     Г=d_м / D_апп                                                                                                   (2.15)

 

где dм  -  диаметр мешалки, м, n - скорость вращения мешалки, об /с, ρ - плотность жидкости, кг/м^3, N_м - мощность, потребляемая мешалкой, Вт, m - динамическая вязкость, Па*с;

     К_N – критерий мощности.

 

     2.3.2.2 Методика  расчета конструктивно-технологических  параметров процесса механического  перемешивания

 

1). Выбирают тип мешалки, ее  диаметр dм, размеры аппарата Daпп  и Hапп.

2). Определяют коэффициент Сt в зависимости от размеров аппарата и типа перемешивающего устройства.

3). Определяют число оборотов  мешалки:

 

                                                                                                                (2.16)

 

4). Рассчитывают Reм по  соотношению (3).

5). По графику KN = f(Reм)  находят KN.

6). Рассчитывают Nм из  выражения (2):

 

                                                                                             (2.17)

 

7). Рассчитывают мощность Nдв, потребляемую приводом перемешивающего устройства:

 

                                                                                                       (2.18)

 

где К - поправочный коэффициент, учитывающий  конструктивные особенности аппарата и перемешивающего устройства; h пер - к.п.д. передачи.

В реальной установке  непрерывного действия:

 

                                                                             (2.19)

 

т.е. необходимо обеспечить:   и .

 

     2.3.2.3 Материальный баланс по целевому компоненту

 

Уравнение динамики:

 

                                                         (2.20)

 

Уравнение статики при  :

 

                                                                                  (2.21)

 

На основании (1) и (2) можно  принять:

     .                                                                                        (2.22)

     2.3.2.4 Материальный баланс  по всему веществу

 

Уравнение динамики:

                                                                              (2.23)

Уравнение статики при 

                                                                                                       (2.24)

 

На основании (4) и (5) можно  принять

     .                                                                                         (2.25)

 

     Рисунок 2.16 - Информационная схема объекта

 

Управляемые переменные - С_см и h_см. Возможные контролируемые возмущения: , причем задано, что . Возможные управляющие воздействия: . Однако, в данном случае, G_см определяется последующим технологическим процессом и поэтому не может использоваться в качестве регулирующего воздействия.

 

     2.3.2.5 Анализ уравнения  динамики на основе материального баланса по целевому компоненту

 

Уравнение динамики в  нормализованном виде.

 

                                                          (2.26)

 

Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления

 

     G_A – C_см :

     ;  ;

     ;

    

     .                                                       (2.27)

 

Уравнение статики:

 

                                                                                   (2.28)

 

Уравнение динамики в приращениях:

(после подстановки начальных  условий в выражение (1), вычитания  уравнения статики (2) и приведения подобных членов):

 

                                                         (2.29)

 

Уравнение динамики с  безразмерными переменными:

 

                                                               (2.30)

 

Нормализованное уравнение  динамики объекта во временной области без учета транспортного запаздывания:

 

                                                                            (2.31)

 

Уравнение динамики по каналу управления во временной области с учетом транспортного запаздывания:

 

                                                                       (2.32)

 

Передаточная функция объекта  по каналу управления :

 

                                                                                          (2.33)

 

где:

     ;

                                                                                                      (2.34)

где V_труб - объем трубопровода от Р.О. до входа в аппарат.

 

     2.3.2.6 Анализ уравнения динамики на основе материального баланса по всему веществу

 

Уравнение динамики:

 

                                                                              (2.36)

 

Начальные условия для вывода передаточной функции по каналу управления

 

     G_Б – h_см:

     ;

     ;

     ;

     .                                                                                                        (2.37)

 

Уравнение статики: