Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

Время T

цикла взвешивания включает в себя постоянную времени

срабатывания суммирующих и регистрирующих механизмов, а также

весового грузоприемного устройства.

Интегрирующие механизмы непрерывного действия могут

непрерывно определять суммарную массу материала G как интеграл от

функции Q(t), характеризующей зависимость производительности

конвейера от времени:

G =

Q(t)dt

. (3.39)

В этом случае интегрированию предшествует умножение функции

q(t), характеризующей изменение погонной нагрузки во времени, и v(t)

поскольку

Q(t) = q(t)v(t). (3.40)

Рассмотрим основные схемы конвейерных весов непрерывного

действия, построенных на базе упругих элементов с тензорезисторами.

В логометрической схеме конвейерных весов рис.3.61 электрический

мост весочувствительного элемента питателя напряжением

тахогенератора, механически связанного с фрикционным роликом

конвейера. Поэтому выходное напряжение измерительного моста

пропорционально произведению скорости движения ленты конвейера на

мгновенную массу груза на ленте, т.е. мгновенной производительности

конвейера:

qkvU

KВЫХ

. (3.41)

Выходное напряжение моста усиливается электронным усилителем и

подается на автоматический запирающий прибор типа компенсатора,

содержащий интегратор и записывающий как мгновенную

производительность, так и полное количество груза, прошедшее по ленте.

Тензометрические конвейерные весы могут работать по

компенсационной схеме, приведенной на рис. 3.61, б. В таких весах

напряжения U тензорезисторов ТР, пропорциональное погонной нагрузке

q, поступает на вход усилителя У, выходное напряжение – по ИД, который

перемещает движок множительного потенциометра МП. Благодаря

действию обратной связи ОС угол поворота электродвигателя Θ будет

пропорционален погонной нагрузке q.

Потенциометр питается напряжением тахогенератора ТГ, поэтому

выходной сигнал, снимаемый с потенциометра, пропорционален

производительности конвейера в данный момент времени. Интегратор

весов И осуществляет непрерывное интегрирование производительности в

функции времени, а его счетный механизм дает суммарную массу

прошедшего через весы груза нарастающим итогом.

В тахометрической схеме весов (рис. 3.61 в) обмотка возбуждения

тахогенератора ТГ подключена к выпрямителю, ток в цепи которого

пропорционален погонной нагрузке q. Поэтому напряжение

тахогенератора U

пропорционально производительности весов Q.

Поскольку напряжение тахогенератора используется для питания

электродвигателя независимого возбуждения М, приводящего во вращение

механизм счетчика, сумма оборотов последнего будет пропорциональна

массе прошедшего через весы материала.

3.4.8. Автоматическое взвешивание материалов в железнодорожных

вагонах и автомашинах

Автоматическое взвешивание материалов в

же л ез н од о ро ж н ы х в а г о н а х производится с помощью вагонных

весов. Большинство из них позволяет взвешивать вагоны во время их

движения со скоростью 5–20 км/ч. Взвешивание одного вагона при

указанной скорости занимает 3–12 с.

В зависимости от способа взвешивания автоматические вагонные весы

разделяются на два типа:

а) весы, у которых длина весовой платформы достаточна для

установки всего вагона, а индикаторное устройство весов отсчитывает

массу вагона сразу;

б) весы с короткой весовой платформой, механизм которых основан

на принципе поосного взвешивания (по мере прохождения осей или

тележек вагона в интегрирующем блоке весов автоматически суммируются

отдельные отвесы).

Автоматические вагонные весы с длинной весовой

платформой оснащены схемой, построенной по принципу

уравновешенного моста с автоматической непрерывной балансировкой.

Весовая платформа таких весов поддерживается восемью

тензометрическими датчиками, которые опираются на короткие стальные

колонны. Со шкалой измерительною прибора весов связан при помощи

синхронного электродвигателя механизм печатающего аппарата, который

дает значения массы с точностью до 45 кг. Точность взвешивания

составляет 0,25%, на получение отвеса требуется 3 с.

Весы снабжены системой автоматического контроля, основу которого

составляет несколько фотоэлементов. На уровне сцепления вагонов вдоль

весовой платформы установлены три фотоэлемента. Первый и третий

предназначены для обеспечения правильности показаний измерительного

прибора весов. Они не дают возможности печатать значение массы, если

вагон перемещается слишком быстро.

Рис. 3.62. Схема вагонных тензометрических весов с дискретной компенсацией

Рассмотрим принцип действия автоматических вагонных весов для

поосного взвешивания вагонов. При проходе по короткой весовой

платформе первого колеса вагона стрелка регистрирующего прибора

начинает перемещаться по шкале. При проходе второго и третьего колес

показания прибора последовательно корректируются, а после прохода

последнего колеса на ленте печатающего аппарата отпечатывается

суммарная масса вагона. Перед началом взвешивания оператор

устанавливает цифропечатающий механизм (устройство) в нулевое

положение.

В тензометрических вагонных весах, предназначенных для

взвешивания вагонов различной грузоподъемности, используются две

измерительные мостовые схемы: одна подключена к средней длинной

платформе, вторая – к двум коротким платформам. Две крайние короткие

платформы предназначаются для взвешивания четырехосных вагонов,

средняя – для двухосных. Переключение цепей при взвешивании вагонов

различной грузоподъемности осуществляется специальной кнопкой,

установленной на пульте управления.

Автоматические весы, работающие по принципу непрерывного

балансирования, имеют постоянную по диапазону погрешность,

обусловленную зоной нечувствительности следящего привода. Кроме того,

в измерительных системах такого рода время отработки составляет 6 с;

такое же время необходимо для возврата системы в исходное положение

после снятия нагрузки. Таким образом, общее время взвешивания

составляет 12 с. Существенным недостатком таких систем является также

наличие трущихся контактов в реохордах (цепях) измерительного моста.

Тензометрические весы, работающие по принципу дискретной

компенсации измерительных мостов, не имеют указанных недостатков.

Рассмотрим схему весов с дискретной компенсацией (рис 3.62),

работающую по принципу поразрядного уравновешивания в двоично –

десятичном коде.

Измерительный мост весов содержит постоянные резисторы R2, R3 и

тензорезисторы R1, R4, сопротивление которых зависит от нагрузки на

упругих элементах 1 и 2. Компенсационный мост содержит постоянные

резисторы R5–R8 и переменные резисторы R9–R14, сопротивление

которых определяется релейно-контактными дешифраторами ДШ-1, ДШ-

10 и ДШ-100, связанными с выходами триггеров Т1–Т12 трехдекадного

двоично-десятичного счетчика импульсов.

Поляризованное реле РП, подключенное к выходу

фазочувствительного усилителя ФУ, направляет сигналы от генератора

импульсов ГИ на суммирующий или вычитающий вход реверсивного

счетчика. Автоматическая регистрация массы вагона с материалом,

поступившим на весовую платформу 3, производится в цифропечатающем

устройстве 4 по сигналу от дифференцирующего элемента ДФ, связанного

с выходом фотореле ФР.

В исходном состоянии схемы весов измерительный и

компенсационный мосты сбалансированы, поэтому нет напряжения в

диагоналях а–b и b–с. При этом все триггеры счетчика импульсов

находятся в нулевом положении, а сопротивление резисторов R9–R14

полностью выведено.

Когда первая пара колес вагона 1 окажется на весовой платформе 3,

сопротивление тензорезисторов R2 и R3 увеличивается пропорционально

нагрузке, действующей на упругие элементы 1 и 2. В результате этого

нарушается баланс измерительного моста, в диагонали которого а–b

появляется напряжение рассогласования U

, и фазочувствительный

усилитель ФУ включает поляризованное реле РП в режим сложения.

Импульсы от генератора ГИ, поступая на суммирующий вход

счетчика, устанавливают определенные триггеры на единицу, вследствие

чего происходит переключение контактов дешифраторов ДШ-1, ДШ-10,

ДШ-100 и соответствующее увеличение сопротивлений резисторов R9–

R14. При этом нарушается баланс компенсационного моста, в диагонали

которого b–с появляется напряжение U

, уравновешивающее напряжение

рассогласования U

В случае равенства напряжений U

и U

реле РП отключается и схема

весов будет находиться в устойчивом состоянии, при котором выходные

сигналы дешифраторов отображают в десятичном коде массу груза,

поступившего на весовую платформу.

Рис. 3.63. Грузоприемное устройство автомобильных тензометрических весов

После того как последняя пара колес вагона 1 накатывается на

весовую платформу, появляется сигнал от фотореле ФР и

дифференцирующий элемент ДФ выдает командный импульс на

регистрацию в цифропечатающем устройстве 4 массы груза,

зафиксированной в счетчике импульсов. Для обеспечения высокого

быстродействия и надежности весов с дискретной компенсацией

дешифраторы единиц ДШ-1, десятков ДШ-10 и сотен ДШ-100 следует

выполнять на основе герметизированных магнитоуправляемых контактов

(герконов).

Автоматическое взвешивание материалов в автомобильном

транспорте также производится с помощью тензометрических весов.

Грузоприемное устройство автомобильных тензометрических весов (рис.

3.63) состоит из системы перекрестных двутавровых балок. Концы нижних

балок 1 и 2 шарнирно соединены с опорами А,Б,В,Г, которые монтируются

на фундаменте. Верхние балки шарнирно соединены с нижними в точках I,

II, III, IV. При такой конструкции силоизмерительной части сумма

изгибающих моментов в средних сечениях нижних балок будет во всех

случаях пропорциональна суммарной нагрузке, распределенной по настилу

верхних балок.

Рабочие датчики наклеены на верхних полках двутавровых нижних

балок АБ и ВГ. Компенсационные датчики наклеены на специальных

пластинах, укрепленных вблизи мест расположения рабочих датчиков. Два

рабочих и два компенсационных датчика соединены по схеме полумоста.

Выводные клеммы схемы полумоста соединяются с отсчитывающим

устройством весов. Вместе с обмотками трансформатора датчики образуют

схему полного измерительного моста. Отсчитывающее устройство

представляет собой тензометрический усилитель с нулевым методом

измерений и ручным уравновешиванием. Отсчитывающее устройство

питается от автомобильного аккумулятора напряжением 12 В. На панели

отсчитывающего устройства установлены: шкала и ручка реохорда,

индикатор нуля, ручка установки нуля отсчетного устройства. Весы

предназначены для взвешивания автомобилей марок ГАЗ и ЗИЛ, точность

взвешивания ± (1 ¸ 1,5)%.

3.5. Автоматизация смесительного оборудования

3.5.1. Классификация смесительных установок и процессов

В зависимости от условий поступления сырья (песка, щебня или

гравия, цемента и воды) смесители могут быть непрерывного и

периодического действия. Основным параметром смесителей

непрерывного действия является производительность – выдача готовой

смеси в кубических метрах в час, а смесителей периодического действия –

объем готового замеса в литрах.

В зависимости от условий перемешивания компонентов смесительные

установки разделяются на гравитационные и принудительного

перемешивания.

В гравитационных смесителях происходит перемешивание

компонентов смеси при свободном падении во вращающемся барабане,

имеющем на внутренней поверхности лопасти. При этом скорость

перемещения частиц смеси ограничивается определенными пределами.

Качественное перемешивание бетонной смеси можно получить при

окружной скорости барабана около 60 м/мин.

Смесители принудительного перемешивания работают по принципу

противотока; в них используются различного типа смешивающие

механизмы (лопастные, роторные и др.), вал которых вращается в

направлении, противоположном вращению смесительного сосуда или

скребков. В противоточных смесителях частицы материала движутся по

сложным траекториям. Благодаря интенсивному перемешиванию

обеспечивается высокое качество смеси.

Гравитационные смесители периодического действия могут иметь

вертикальный смесительный барабан цилиндрической формы,

опрокидывающийся барабан грушевидной формы или наклоняющийся

двухконусный барабан. Последние получили в настоящее время

преимущественное распространение.

Загрузка и выгрузка бетоносмесителей с наклоняющимся

двухконусным барабаном производятся с одной и той же стороны или с

разных сторон, в зависимости от общей компоновки бетоносмесительной

установки. Наклон смесительных барабанов выполняется при помощи

механического, гидравлического или пневматического привода.

3.5.2. Автоматическое управление смесительными установками

в функции времени

Рассмотрим бетоносмесительную установку периодического действия

(рис. 3.64), содержащую два поочередно работающих гравитационных

смесителя БС1 и БС2. В каждом цикле работы установки выполняются

следующие рабочие операции: загрузка компонентов в смеситель,

перемешивание компонентов и разгрузка, причем загрузка и разгрузка

компонентов происходят при вращающемся барабане смесителя.

Барабаны смесителей приводятся во вращение двигателями M1 и М3.

Загрузка компонентов в смесители производится с помощью сборной

воронки 1. Перекидной шибер М5 направляет материал в один из

смесителей. При этом исполнительный механизм М5 включается только

при загрузке смесителя БС1. Наклон смесителей для выгрузки бетонной

смеси в накопительный бункер 2 обеспечивается механизмами разгрузки

М2 и М4.

Наиболее просто осуществляется временное управление

исполнительными механизмами смесительной установки. Поочередную

работу смесителей БС1 и БС2 можно обеспечить путем разделения

смежных циклов работы, формируя селектирующий сигнал

x=Int(0→1)p,

где р – пусковой импульс, определяющий начало цикла работы

смесителей.

Тогда пуск каждого смесителя БС1 и БС2 осуществляется по

совпадениям сигналов

или xp .

Алгоритмы формирования командных сигналов управления бетоно-

смесительной установкой (табл. 3.9) можно записать на основании

временной диаграммы (рис. 3.64, б), отображающей последовательность

включений исполнительных механизмов.

Рис. 3.64. Бетоносмесительная установка: а – структурная схема программного

управления установкой; б – временные диаграммы

Таблица 3.9

Алгоритмы формирования командных сигналов управления

бетоносмесительной установки

Наименование механизмов Обозначение

исполнительных

механизмов

Алгоритм формирования КС

Шибер сборной воронки М5

)(

pxExt

Двигатель привода барабана

БС1

М1

)(

pxExt

Механизм разгрузки БС1 М2

[

]

)()10(

pxExtD ® )

Двигатель привода барабана

БС2

М3

)(

xpExt

Механизм разгрузки БС2 М4

[

]

)()10(

xpExtD ®

Примечание. С помощью индексов выделены операции Ext формирования

сигналов одинаковой длительности.

3.5.3. Автоматическое управление смесительной установкой

с контролем тока двигателя

При перемешивании компонентов бетонной смеси ее готовность

определяется одинаковой по всему объему пластичностью

(подвижностью). Косвенный контроль однородности бетонной смеси

можно осуществлять по нагрузке электродвигателя, вращающего лопасти

смесителя с принудительным перемешиванием материалов. В этом случае

при постоянном напряжении сети окончание процесса перемешивания

определяется по стабильности тока, питающего электродвигатель. Для

определения начала стабилизации тока можно сравнивать его мгновенные

значения через заданный интервал времени либо измерять значение

производной от тока по времени.

Рассмотрим устройство контроля тока, работающее по принципу

сравнения мгновенных значений (рис. 3.65, a), содержащее

интегрирующие элементы ИЭ1, ИЭ2, нуль–орган НО и кольцевой

коммутатор, триггеры которого Т1–Т4 последовательно переключаются

импульсами тактового генератора ГТ. На входы интегрирующих элементов

подается сигнал I от датчика тока ДТ двигателя Ml смесителя.

В зависимости от состояния триггеров коммутатора в работе

устройства контроля можно выделить четыре такта, длительность которых

определяется периодом повторения импульсов генератора ГТ. В первом

такте (v

= 1) сигнал I интегрируется элементом ИЭ1, а во втором (v

=1) –

элементом ИЭ2. В третьем такте (v

= 1) нуль-орган НО сравнивает

результаты интегрирования. В четвертом такте (v

= 1) интегрирующие

элементы сбрасываются на нуль. Затем процессы повторяются в такой же

очередности. Когда стабилизируется ток двигателя Ml смесителя,

результаты интегрирования сигнала 1 в первом и во втором тактах

совпадают и нуль-орган НО формирует двоичный сигнал V окончания

перемешивания смеси. Управляющее устройство принимает сигнал V

только по истечении некоторого времени после начала перемешивания.

На основании временных диаграмм (рис. 3.63, б) можно записать

алгоритмы формирования командных сигналов М

включения двигателя

смесителя и М

включения механизма разгрузки:

[

]

[ ]

®×=

®-®=

.)10(Ext

;)01()10(Int

MDVM

MpM

(3.42)

В данном случае осуществляется стартстопное управление двигателем

Ml смесителя и временное управление исполнительным механизмом М2

разгрузки. Контроль готовности бетонной смеси можно осуществлять

измерением производной по времени от тока электродвигателя с помощью

дифференцирующего элемента (рис. 3.66, а).

На вход дифференцирующего элемента необходимо подавать сигнал

, не имеющий пульсаций, обусловленных тем, что электродвигатель Ml

питается от сети переменного тока. Для этого помимо сглаживающего

фильтра на выходе датчика тока ДТ следует применять компенсационный

стабилизатор напряжения с управлением со стороны входа, содержащий

регулирующий элемент Р, воспринимающий элемент В и усилитель У. При

этом воспринимающий элемент должен обладать частотной

характеристикой, представленной на рис. 3.66, б). Тогда чувствительность

устройства контроля тока будет более высокой при медленных изменениях

сигнала I.

Пульсации входного сигнала

с частотой f = 100 Гц (основная

гармоника переменной составляющей тока при двухполупериодном

выпрямлении) будут полностью скомпенсированы на выходе

стабилизатора при условии

kUгДI

, (3.43)

где

– коэффициент передачи воспринимающего элемента при f = 100 Гц;

k – общий коэффициент передачи усилителя и регулирующего элемента.

В конце периода перемешивания компонентов бетонной смеси

напряжение U

становится меньше порога отпускания релейного элемента

РЭ, в результате чего он переключается на нуль. При этом снимается

сигнал Y и формируется выходной сигнал V устройства контроля тока

двигателя смесителя.

Рис. 3.65. Управление бетоносмесителем по нагрузке

электродвигателя: а – структурная схема; б –

временные диаграммы