Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии
Подождите немного. Документ загружается.
или электронных весов, действующих на основании свойств материалов
поглощать радиоизотопные излучения.
Учет времени работы и простоев основного технологического
оборудования осуществляется на установке «Сигнал».
3.3.7. Автоматизация конусных и валковых дробилок
Конусные дробилки являются механизмами с благоприятными
условиями пуска, разгон которых легко осуществляется асинхронными
двигателями с короткозамкнутыми роторами. Для пуска дробилки
необходимо включить систему смазки и выбрать режим управления. В
цепь пуска вводится разрешающий контакт реле контроля уровня масла.
Аварийное отключение двигателя дробилки производится при
исчезновении масла на сливе и при отключении механизмов поточно–
транспортных систем, следующих после дробилки. О загрузке материалом
дробилки косвенно судят по току статора приводного асинхронного
двигателя. Кроме того, вводят корректирующий сигнал по току нагрузки
питателя. Суммарный сигнал поступает на автоматический регулятор, где
он сравнивается с заданием. Регулятор, воздействуя на питатель,
обеспечивает нормальный режим работы конусной дробилки.
Задача автоматического регулирования процесса дробления включает
не только обеспечение полной нагрузки дробилки, но и поддержание
заданной крупности материала на выходе. Автоматическое регулирование
величины разгрузочной щели конусной дробилки в зависимости от
необходимой крупности материала на выходе позволяет получить
заданное качество дробленого материала.
Рис.3.36. Статические
характеристики дробилок:1– конусной;
2– валковой
Рис.3.37. Статические
характеристики конусной дробилки КМД-
1750
Переходные процессы в конусной дробилке описываются исходным
уравнением (3.7) и дополнительной статической зависимостью
)(
2
MfQ =
,
примерный вид которой показан на рис. 3.36 (кривая 1). Конусную
дробилку можно рассматривать как самовыравнивающееся звено с
коэффициентом саморегулирования k=tg
a
. Ее передаточная функция
имеет вид
1)(
)(
)(
1
1
+
==
Tp
k
pQ
pM
pW
. (3.23)
Рассчитаем параметры передаточной функции для конусной дробилки
типа КМД-1750 с максимальной производительностью 120 т/ч.
По статической характеристике (рис.3.37) выбираем рабочую точку,
соответствующую производительности Q = 100 т/ч и запасу материала М =
=0,27 т. Приняв малые приращения ∆M = 0,06 т, по статической
характеристике получаем приращение производительности ∆Q = 12 т/ч =
=0,0033 т/с, тогда коэффициент
k = ∆Q/∆М = 0,0033/0,06 = 0,054 1/с,
а постоянная времени объекта
Т= 1/0,054 = 18,5 с.
Окончательно передаточная функция конусной дробилки при данной
загрузке будет
. (3.24)
Валковая дробилка применяется при вторичном измельчении
материала. При изменении нагрузки валковой дробилки изменяется
крупность дробимого продукта, так как валки укреплены на пружинах.
Технологическая схема валковой дробилки представлена на рис. 3.38.
Схема управления валковой дробилкой аналогична схеме управления
конусной дробилкой. Загрузка дробилки контролируется по току статора
двигателя. Переходные процессы в валковых дробилках определяются
основным уравнением динамики (3.7). В диапазоне изменения запаса
материала в дробилке от 0 до М
1
статическая характеристика почти
линейна (рис. 3.36, кривая 2). На этом участке при линеаризации
уравнения движения дробилки переходный процесс описывается
уравнением
1518
518
1
1
+
=
+
=
D
D
=
p,
,
Tp
T
)p(Q
)p(M
)p(W
М = k
1
Q
1
,
где k
1
– коэффициент пропорциональности.
В этой зоне валковую дробилку можно считать безынерционным
звеном (рис. 3.39) с передаточной функцией
11
)( kpW
=
. (3.25)
Для зоны загрузки дробилки материалом от М
1
до М
2
ее
производительность не зависит от запаса материала в дробилке.
Виброгрохот предназначен для сортировки дробленого материала по
фракциям. Контроль за работой грохота и управление им осуществляется
автоматически. Конструктивная схема виброгрохота показана на рис. 3.40.
Автоматический контроль работы виброгрохотов осуществляется реле
скорости с магнитоиндукциоиным датчиком. Датчик устанавливается
вблизи дебаланса. Во время работы виброгрохота в обмотке датчика
индуцируется переменное напряжение, которое передается в релейный
усилитель.
3.3.8. Автоматическое управление работой виброгрохотов
При снижении оборотов дебаланса реле отключается. Это же
происходит, если зазор между дебалансом и датчиком увеличится при
растяжении или обрыве подвесок грохота. Контакт реле включают в цепь
самоблокировки катушки магнитного пускателя двигателя.
Продолжительность пуска виброгрохота составляет приблизительно 10 с,
поэтому импульс на включение последующих машин и механизмов
Рис. 3.38. Технологическая схема
валковой дробилки
Рис. 3.39. Переходные процессы
в валковой дробилке
подается через реле времени с установкой, несколько превышающей
продолжительность пуска.
Для контроля состояния сит виброгрохотов через них протягивают
провод, по которому пропускают электрический ток. При обрыве сит, а
вместе с ними и провода, оператору поступает сигнал.
Для обеспыливания помещения в местах перегрузок материалов
щебень смачивают или моют на виброгрохотах или корытных
гидросистемах. Воду в форсунки гидросистемы подают в зависимости от
скорости движения ленты конвейера и от наличия материала на
конвейерной ленте. Дренажные воды откачиваются песковыми
вертикальными насосами. Автоматическое управление насосами и
вентилями подачи воды для взмучивания в приемнике осуществляют
сигнализаторами уровня.
Рис. 3.40.Схема виброгрохота
Рис.3.41.Статические характеристики
виброгрохота
Рассмотрим уравнения динамики грохота. Из условия
непрерывности потока находим уравнение материального баланса для
грохота:
132
QQQ
dt
dM
=++
,
где М–запас материала на сите, т; Q
2
– подрешетный отводный поток, т/ч;
Q
3
– надрешетный отводный поток, т/ч; Q
1
– подводимый поток, т/ч.
Экспериментально определяем уравнения статики:
Q
2
=f (M); Q
3
=f (M).
Примерные графики этих зависимостей показаны на рис. 3.42. Как
видно из рисунка, с увеличением запаса материала на сите нижний
отводимый поток быстро возрастает, а затем асимптотически приближается
к пределу Q
2max
. Предел обусловлен ограниченностью пропускной
способности отверстий грохота. Верхний отводимый поток с увеличением
запаса материала возрастает неограниченно.
Рис. 3.42. Переходные процессы в виброгрохоте
Дифференциальное уравнение грохота нелинейно, и решение его
можно осуществить численным методом Эйлера. Характер рассчитанных
переходных процессов представлен на рис. 3.42.
При работе грохота с малыми отклонениями нелинейное уравнение
можно линеаризовать. Для этого в окрестности рабочей точки берем малые
приращения и запишем соотношения
MlQ
D
=
D
2
;
MnQ D=D
3
.
Тогда уравнение в приращениях грохота запишется так:
1
QMMl
dt
Md
D=D+D+
D
.
Разделив правую и левую части уравнения на коэффициент при ∆M,
получим
1
11
Q
n
l
M
dt
Md
n
l
D
+
=D+
D
+
.
Обозначив T
n
l
=
+
1
, запишем
1
Д QTM
dt
dДД
T D+ = .
Произведя преобразование Лапласа при нулевых начальных условиях,
получим передаточную функцию грохота
1
)(
1
1
+
==
Tp
T
(p)ДQ
ДM(p)
pW . (3.26)
Таким образом, грохот является апериодическим звеном первого
порядка.
Такой же вид имеют передаточные функции и по другим параметрам
грохота:
1)(
)
(
)(
1
3
2
2
+
=
D
D
=
Tp
K
pQ
p
Q
pW ; (3.27)
1)(
)
(
)(
2
3
3
3
+
=
D
D
=
Tp
K
pQ
p
Q
pW , (3.28)
где
n
l
l
K
+
=
1
;
n
l
n
K
+
=
2
.
Ввиду того, что статические характеристики грохота нелинейные,
численные значения постоянной времени и коэффициентов передачи K
1
и
К
2
для различных рабочих точек будут разными. В качестве примера
определим численные значения параметров передаточных функций для
грохота, имеющего размеры сита 1750×3500мм и максимальную
производительность Q
1
=600 т/ч, а максимальный запас на сите М=2 т.
На статических характеристиках по каталожным данным выбираем
рабочую точку, соответствующую запасу материала М=1,16т и
производительности Q
2
=400 т/ч и Q
3
=100 т/ч. Задаваясь малыми
приращениями DM = 0,33 т, по статическим характеристикам грохота
находим значения
D
Q
2
= 70 т/ч = 0,019 т/с и
D
Q
3
= 50 т/ч = 0,014 г/с.
Используя эти данные, определим коэффициенты:
057,0
33,0
019,0
2
==
D
D
=
M
Q
l
1/c;
042,0
33,0
014,0
3
==
D
D
D=
M
Q
n
1/c;
42,0
042,0057,0
042,0
2
=
+
=
+
=
nl
n
K
;
10
042,0057,0
11
=
+
=
+
=
nl
T
c.
Окончательно имеем передаточную функцию грохота по каналу Q
3
–Q
1
:
110
42,0
)(
)(
)(
1
3
3
+
=
D
D
=
ppQ
pQ
pW . (3.29)
В случае двухситного грохота основными уравнениями являются:
132
1
QQQ
dt
dM
=++ ;
254
2
QQQ
dt
dM
=++ .
Кроме того, существуют дополнительные зависимости:
)(
2
MfQ
=
; )(
3
MfQ
=
;
)(
4
MfQ
=
; )(
3
MfQ
=
.
Двухситный грохот в линейном приближении характеризуется
следующими передаточными функциями:
11)(
)(
)(
2
2
1
2
1
2
1
+
×
+
=
D
D
=
pT
T
pT
K
pQ
pM
pW ; (3.30)
11)(
)(
)(
2
5
1
2
3
4
2
+
×
+
=
D
D
=
pT
K
pT
K
pQ
pQ
pW , (3.31)
где T
1
и Т
2
– постоянные времени первого и второго сит.
Таким образом, двухситочный грохот можно представить в виде двух
последовательно соединенных апериодических звеньев.
В переходных процессах изменяются не только запас материала и
отводимые из грохота материальные потоки, но и эффективность
грохочения. На рис. 3.43 приведен примерный график зависимости
извлечения ε материала в отводимый нижний поток от запаса на сите, т.е.
ε=f(M). По мере увеличения запаса М извлечение ε уменьшается,
асимптотически приближаясь к нулю.
Рис.3.43. Графики зависимости извлечения материала
от его запаса на сите и времени
Следует также отметить, что грохот, являясь механической
колебательной системой, при некоторой частоте качаний попадает в
резонанс, при котором амплитуда качаний максимальна. Вершина
экстремальной характеристики при изменении нагрузки грохота дрейфует.
Следовательно, система является экстремальной.
Наличие экстремальной статической характеристики,
устанавливающей зависимость амплитуды от частоты качания грохота,
представляет некоторый интерес. Эта характеристика позволяет применить
экстремальную систему автоматического регулирования процесса с
подстройкой частоты колебаний.
3.3.9. Оптимизация процессов грохочения
Любой агрегат разделения (обогатительный или классифицирующий)
является анализатором качества продукции. Рассмотрим структурную
схему оптимизатора процесса сортировки продуктов по фракциям (рис.
3.44) и зависимость выхода одного из них
g
А
=Q
A
/Q от производительности
грохота по исходному продукту Q (рис. 3.45). Зависимости отношений
Q
B
/Q и Q
C
/Q от Q могут иметь вид кривых, показанных на рисунке
сплошной и штриховой линиями.
Общим является то, что в области нормального режима (в пределах
отрезка А–К) наклон
a
линии
g
i
=f(Q) мал, в области ненормального
режима (правее точки К) – велик. Заметим, что в процессе работы агрегата
критическая точка К может перемещаться либо под влиянием случайных
факторов, либо искусственным путем.
Для получения информации о качестве готовых продуктов нужно
измерить величину g
норм
при нормальном режиме и величину
g
А
при
увеличенной производительности Q. Сравнение этих величин дает
сведения о степени близости режима к критической точке К.
При
нормА
g
g
³
агрегат работает в нормальном режиме и имеет место
качественное разделение продуктов. При
нормА
g
g
£
агрегат работает в
критическом режиме с неполным разделением продуктов. Учитывая
сказанное, для получения информации об эффективности работы агрегата
необходимо иметь два весовых измерения: при нормальном режиме и в
текущий момент.
Таким образом, задача оптимизатора сводится к поиску максимально
возможной производительности, близкой к точке К, при сохранении
высокого качества разделения продукта. Для этого оптимизатор должен
периодически изменять производительность агрегата небольшими
скачками, измерять величину
g
А
и сравнивать ее с предыдущим значением.
Получив информацию о значении
g
АК+2
и зная предыдущие значения
g
АК+1
и
g
АК
, логическое устройство системы управления выбирает
направление регулирующего движения по одному из следующих
алгоритмов:
· первый алгоритм:
g
АК+1
=
g
АК
– производительность увеличивается на
D
Q;
g
АК+1
¹
g
АК
– производительность уменьшается на
D
Q;
· второй алгоритм:
g
АК+2
–
g
АК+1
=
g
АК+1
–
g
АК
– производительность увеличивается на
D
Q;
g
АК+2
–
g
АК+1
¹
g
АК+1
–
g
АК
– производительность уменьшается на
D
Q.
Рис. 3.44. Структурная схема
оптимизатора процесса сортировки
Рис. 3.45. Зависимость выхода продукта от
производительности грохота
Для оптимизации процесса сортировки устанавливаем весы на входе
материала в классификатор (рис 3.44). Сигналы величин Q и Q
A
с датчиков
массы 7 и 5 поступают в функциональный блок деления 4. Выходной
сигнал этого блока
g
А
=Q
A
/Q подается в логическое устройство 3, которое
управляет исполнительным механизмом 1, изменяющим расход исходного
материала Q. Такая система оптимизирует режим путем изменения
производительности.
На дробильно-сортировочных заводах часто агрегаты разделения
питаются не из промежуточных емкостей, а непосредственно из щековой
дробилки. В этом случае свойство агрегата разделения как «анализатора»
может быть использовано для настройки параметров самого агрегата,
чтобы при заданной производительности работа осуществлялась в
наиболее экономичном режиме.
Производительность грохота по питанию, если он расположен сразу
после дробилки, обычно не регулируется. В этих случаях можно поставить
задачу оптимизации режима работы грохота путем регулирования угла
наклона короба с ситом.
При поминальной производительности устанавливается некоторый
средний угол наклона. При уменьшении производительности для
повышения эффективности следует уменьшить угол наклона. Наоборот,
при повышении производительности по питанию угол наклона надо
увеличить. Управляющее воздействие, меняющее угол наклона, можно
выбирать при рассмотренных выше алгоритмах, только теперь вместо
изменения производительности будут фигурировать шаговые изменения
угла наклона короба. В этом заключается назначение сигнала настройки
параметров. Заметим, что при таком способе поиска не
производительность агрегата приближается к заданным параметрам
режима – точке К, а сама точка К приближается к заданной
производительности за счет изменения параметров.
В заключение следует указать еще на возможный способ
оптимизации. Если к статической характеристике
g
А
=Q
A
/Q прибавить
прямую линию с уравнением kQ
A
=
g
, то результирующая характеристика
QQkQ
A
/
+
=
å
g
будет экстремальной кривой и для оптимизации можно
применить экстремальный регулятор. Управляющим входом здесь будет
величина Q, а максимизируемым выходом – величина kQ+(Q
A
/Q).
3.3.10. Автоматизация поточных технологических линий
дробильно-сортировочных систем
В предыдущих подразделах рассматривалась динамика отдельных
агрегатов и машин. Зная уравнения каждого из звеньев и имея
структурную схему технологических линий, можно судить о поведении
технологического процесса в целом. Рассмотрим технологические линии
сортировки, обезвоживания и дробления материалов.
При сортировке материалов исходный продукт q
1
(рис. 3.46) поступает
на предварительное грохочение; запас материала – на первом грохоте m
1
.
Надрешетчатый поток q
3
поступает в дробилку, запас материала в которой
равен m
2
. Поток дробленого материала q
5
. После второго грохота материал
делится на фракции q
6
и q
7
. При малых отклонениях параметров от
рабочих режимов динамическую систему можно рассматривать в
линейном приближении. Эту технологическую линию и следует принять за