Сушка элеватора

– диапазон измерения  влажности: 0–100%;

– точность измерения: 1%;

– аналоговый выход: 0–10 В или 4-20 мА.

Исходя из требований, надежности и стоимости выбираем специализированные датчики температуры и влажности для конвективных сушильных камер типа СVR 3/5 фирмы MELA (см. рис. 2.1). Датчики влажности и температуры MELA серий VC и VR – компактные датчики влажности или влажности и температуры в корпусе из высококачественной стали с фиксированным присоединительным кабелем или  прочной коммутационной головкой. Все датчики этой серии снабжены металлическим фильтром из стали ZE 13. Датчик СVR 3/5 имеет следующие технические характеристики:

Диапазон измерений: 0–100% относительно влажности;

Точность (в диапазоне 0–100% относительной влажности) – ±0,1% от измеренной относительной влажности;

Диапазон измерений: –30…+100 ^оС.

Время отклика (при  отсутствии обдува): <20 сек

Информационный  выход: 0–10 В или 4…20 мА.

 

 

Рисунок 2.1 – Схема подключения датчика влажности и температуры типа СVR 3/5 фирмы MELA

 

2.2 Выбор и техническая характеристика исполнительных механизмов

 

В сушильной камере применен конвективный способ нагрева. В качестве теплоносителя используется перегретый пар. Система отопления состоит из биметаллических калориферов, циркуляционного насоса, соединительных труб. Регулирование температуры внутри камеры осуществляется изменением расхода теплоносителя. В качестве теплоносителя используется горячая вода (90-100°С) или водяной пар (115°С). Отвод тепла от перегретого пара осуществляется через калориферы, которые изготовлены из металлов двух видов. Сердечник калорифера сделан из нержавеющей стальной трубы, снаружи крепятся алюминиевые рёбра.

С соответствии с требованиями выбираем электромагнитный клапан нагревательного трубопровода типа FG-250 фирмы FIESTO (Германия) (см. рис. 2.2). Клапан имеет следующие технические характеристики:

• питающее напряжение – 220 В ±10%,  50 Гц;
• номинальное время полного поворота выходном вала - 2 с;
• номинальный полный угол поворота выходном вала - 90⁰;
• потребляемая мощность - не больше 120 Вт;
• тип клапана электромагнитный;
• класс защиты - IP54;
• допустимая температура окружающей среды - 0-150⁰С.

 

 

Рисунок 2.2 – Клапан нагревательного трубопровода FG-250

 

 

3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ 
УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ПЕЧИ

 

3.1 Разработка автоматизированной системы управления конвекционной сушильной камеры зерна

 

На основании конструктивных особенностей конвективных сушильных камер (см. п. 1.4) и особенностей технологического процесса при модернизации  в автоматической системе управления сушкой можно условно выделить несколько контуров управления (см. рис. 3.1), а именно:

– контур регулирования температуры мокрого конца сушильного агента;

– контур регулирования  температуры сухого конца сушильного агента.

 

 

Рисунок 3.1 – Структурная  схема автоматической системы управления сушильной камерой

 

При организации контуров регулирования модернизируемой автоматической системы управления сушкой необходимо предусмотреть контроль следующих технологических параметров:

–температуры сушильного агента (воздуха) в камере с использованием датчиков температуры, с целью регулирования воздушной среды внутри камеры;

– угловой скорости вращения вентиляторов циркуляции сушильного агента, с целью регулирования интенсивности  сушки зерна;

– положения заслонки вытяжного вентилятора, с целью  регулирования температурывоздушной среды внутри камеры.

Контроль параметров сушки необходим для управления всеми, без исключения, исполнительными механизмами сушильной камеры, а именно с целью регулирования:

– скорости потока сушильного агента путем регулирование частоты  вращения проточных вентиляторов

– температуры сушильного агента путем варьирования величины расхода теплоносителя в калориферах.

Для реализации управления технологическим процессом конвективная сушильная камера имеет контуры  управления, с помощью которых  удерживаются показатели протекания процесса в заданных границах.

Контур управления температурой сушильного агента (см. рис. 3.2). Нагрев воздуха в камере осуществляется при помощи калориферов, через которые  проходит теплоноситель, изменяя температуру  сушильного агента в камере. Изменение  скорости потока воздуха через калориферы происходит путем изменения частоты вращения проточных вентиляторов.

Регулирование температуры  в рабочем пространстве сушильной  камеры во всех зонах осуществляется по показаниям термопар ТЕ1 и ТЕ2–ТЕ5 путем изменения расхода теплоносителя  в калорифере. Изменение расхода теплоносителя осуществляется изменением положений заслонок исполнительным механизмом МЭО М1 и М2 на подачу холодного воздуха. На рис 3.2 приведена схема автоматизации контура управления температурой сушильного агента.

 

 

Рисунок 3.2 – Схема  автоматизации контура управления температурой сушильного агента

 

На основании предложенной реализация контуров управления конвективной сушильной камеры разработана функциональная схема автоматизации, которая в упрощенном виде представлена на рис. 3.3.

На схеме автоматизации (см. рис. 3.5) приняты следующие обозначения: 1 - Воздушная заслонка приточной  вентиляции с электроприводом; 2 - Циркуляционный вентилятор; 3 – Калорифер; 4 - Воздушная  заслонка вытяжной вентиляции с электроприводом; 5 - Электромагнитный клапан контура водоснабжения; 6 - Форсунки системы увлажнения воздуха; 7 - Датчик открывания дверей; 8 - Преобразователь сопротивления; 9 - Датчик влажности; 10 - Измеритель влажности и температуры воздуха; 11 - Электромагнитное реле.

.

 

Рисунок 3.3 – Упрощенная схема автоматизации сушильной камеры зерна

 

3.2 Выбор средств автоматизации. Конфигурирование автоматизированной системы управления технологическим процессом сушки зерна

 

Структурно автоматизированная системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) сушки зерна в конвективной сушильной камере спроектирована по распределенному в пространстве модульному принципу. Такой принцип построения, что дает возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода. В практической реализации при построении модульных систем автоматизации на Украине наиболее широкое распространение получили средства автоматизации фирмы Siemens (Германия). Исходя из этого, в качестве управляющего устройства проектируемой систем автоматизации применим программируемый логический контроллер SIMATIC S7-300 DP. Коммуникационные возможности SIMATIC S7-300 поддерживают требуемые функций управления на уровне операционной системы и обеспечат удобство эксплуатации и обслуживания, а также рентабельность решений для построения систем автоматического управления. Кроме этого, промышленные программируемые контроллеры данной серии, обеспечивают требуемые характеристики функционирования проектируемой системы автоматизации, а именно: работу в режиме реального времени; сохранение информации при отключении питания; опрос измерительных преобразователей.

Основываясь на требования к проектируемой системе управления (и количестве входных и выходных сигналов, возможностей обеспечения  блокировки и защиты микропроцессорный  модуль SIMATIC S7-300 может быть сформирован: процессором CPU 313, модулями ввода, вывода дискретных и аналоговых сигналов. Процессор CPU 313 – это дешевый центральный процессор с расширенным объемом памяти программ, способный выполнять скоростную обработку информации.

Процессор имеет следующие  характеристики:

- микропроцессор со  временем выполнения двоичной команды 600 нс;

- расширенный объем  памяти загружаемой памяти объемом 12 Кбайт;

- гибкие возможности  расширения: подключение до 8 модулей;

- диагностический буфер  (для диагностических целей в буфере сохраняется 100 последних сообщений об отказах и прерываниях);

- необслуживаемое сохранение данных: центральный процессор способен сохранять данные без использования буферной батареи (NVRAM);

- сохранение программы  в карте памяти: программа контроллера  может сохраняться в сменной  карте памяти (Flash EEPROM) емкостью до 4 Мбайт;

- часы реального времени;

- встроенные коммуникационные функции:

- связи с панелью  оператора;

- стандартные функции S7 связи;

Конструкция контроллера  отличается высокой гибкостью и  удобством обслуживания [10]:

• все модули легко устанавливаются на профильный рельс и фиксируются винтом;
• подключение модулей к внутренней шине контроллера проводится с помощью шинных соединителей;
• наличие фронтальных соединителей, которые разрешают делать замену модулей без демонтажа всех внешних соединений;
• подключение внешних соединений с помощью винтовых или пружинных контактов;
• применение модульных соединений (TOP connection) с 1- 3-или ведущим подключением;
• единая для всех модулей глубина установки; наличие защитных крышек, которые закрывают узлы подключения внешних цепей;
• возможность установки сигнальных модулей и коммуникационных процессоров на любые посадочные места монтажной стойки.

Данная серия ПЛК  имеет модульную конструкцию. C целью  определения конструктивного размещения интерфейсных, функциональных и коммуникационных модулей осуществим конфигурирование в среде Step 7 [10]. Для этого на начальном этапе проектирования распределим устройства по стойкам с учетом их функциональных и коммуникационных возможностей (см. рис. 3.3).

Основной набор модулей контроллера показан по левую сторону, дополнительный - по правую сторону. Два набора модулей соединенные в единую систему с помощью интерфейсного модуля IM 360.

Центральная стойка состоит  из следующих модулей:

• блок питания PS 307, который обеспечивает возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В и распределенных устройств ввода/вывода информации напряжением в 24 В;
• центральный процессор CPU 315-2 DP со встроенным интерфейсом ведущего/ведомого устройства PROFIBUS DP [11];
• модуля дискретных выходов SM 322 (DO8xAC120/230V/1A).

 

 

Рисунок 3.3 – Конфигурация ПЛК в среде Step 7

 

Стойка расширения состоит из следующих модулей:

• модуля аналоговых входов SM 331 (A12x12Bit) в количестве 2 штук. Модули предназначены для обработки сигналов о положении вала исполнительных механизмов заслонок, скоростях вращения проточных вентиляторов, а также обработки сигналов от измерительных преобразователей температуры и влажности. Модуль ввода аналоговых сигналов состоит из программируемого модуля диапазона измерений, на который подается сигнал управления с датчиков. Если блокировка не срабатывает, то сигнал поступает на мультиплексор, где он мультиплексируется и затем поступает на аналого-цифровой преобразователь для преобразования в дискретную форму. Затем сигнал через интерфейс системной шины поступает на микроконтроллер. Питание микросхем внутри модуля производится с помощью внутреннего блока питания.
• аналоговых выходов SM 332 (A12x12Bit). Модуль предназначен для задания угловой скорости вращения проточных вентиляторов.

Распределение аналоговых модулей на стойке расширения вызвано  необходимость подключения к  каждому модулю дополнительного  источника питания PS 307 с целью компенсации токовых сигналов с датчиков температуры и влажности CVR 3/5 и KVR 3/5/.

На рис 3.4 показаны таблицы конфигурации и распределения адресов входов (I) и выходов (Q) для системы S7-300 (CPU 313-2 DP), который состоит из центральной стойки (0UR) и стойки расширения (1UR).

 

 

Рисунок 3.4 – Таблицы конфигурации и распределения адресов входов (I) и выходов (Q) для системы S7-300

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Автоматизированные системы управления технологическими процессами сушки зерна становится нормой в современном производстве. В то же время, круг задач, решаемых этими системами, часто ограничен автоматизацией элементарных технологических операций, информационным сопровождением процессов и статистической обработкой данных. Построение эффективных систем управления конечно, немыслимо, без современных аппаратных и программных средств, которые открывают более широкие возможности

Одной из актуальных задач при автоматизации технологического процесса сушки зерна в конвективных камерах, является строгое соблюдение таких параметров сушки, как влажность и температура сушильного агента и зерна. Такое позволяет эффективно решать задачи непосредственного управления, а также весь круг сопутствующих задач, предназначенных для повышения эффективности работы сушильной камеры конвективного типа.