Размещено на http://www.allbest.ru/

ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ

Разработка системы автоматического управления процессом сушки аммофосной пульпы в барабане-грануляторе сушилки при производстве аммофоса

ХЕРСОН 1999

Содержание

Введение

1. Основная часть

1.1 Краткое описание технологического процесса

1.1.1 Таблица режимных рецептурных параметров

1.1.2 Таблица характеристик основного оборудования

1.1.3 Характеристика сырья и материалов

1.2 Описание функциональной схемы автоматизации

1.3 Описание принципиальной электрической схемы автоматизации

1.4 Синтез и анализ автоматической системы регулирования влажности гранул аммофоса

1.4.1 Обзор и выбор методов измерения влажности гранул аммофоса

1.4.2 Определение математического описания объекта

1.4.3 Выбор закона регулирования регулятора

1.4.4 Определение оптимальных параметров настройки регулятора

1.4.5 Синтез корректирующей цепи системы комбинированного регулирования влажности

1.4.6 Анализ синтезированной системы автоматического 68 регулирования влажности гранул аммофоса

1.5 Описание автоматической системы регулирования влажности

1.6 Схема внешних и трубных проводок

2. Экономическая часть

2.1 Сравнительная калькуляция себестоимости продукта

2.2 Технико-экономические показатели

3. Охрана труда

3.1 Характеристика автоматизируемого объекта и место его расположения

3.2 Характеристика возможных и вредных производственных факторов

3.3 Мероприятия по обеспечению безопасных и здоровых условий труда

3.4 Производственная санитария

3.4.1 Освещенность объекта

3.4.2 Повышенная загазованность и запыленность воздуха в производственных помещениях

3.4.3 Элекробезопасность

3.4.4 Пожарная безопасность

Заключение

Реферат

Ключевые слова: МИКРОКОНТРОЛЛЕР, КОМБИНИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ.

Дипломный проект содержит: 100 страниц машинописного текста формата А4, 7 рисунков, 12 таблиц, 4 страниц приложений формата А4, графическая часть выполнена на 8 листах формата А1.

В данном дипломном проекте, в отличии от существующей системы на производстве, разработана комбинированная система автоматического управления на современной элементной базе. Разработанная система автоматического управления предусматривает ручное и дистанционное управление технологическим процессом. В проекте выполнен анализ и синтез автоматической системы регулирования по каналу управления и возмущения. Разработаны необходимые технические документы для проектирования данной системы. Документация выполнена в соответствии с ГОСТами и нормативно-техническими требованиями.

В организационно-экономической части выполнено обоснование целесообразности разработанной системы автоматического управления. Рассчитаны показатели экономической эффективности проекта.

В разделе охрана труда и техника безопасности разработаны мероприятия по технике безопасности, промышленно-санитарной гигиене и противопожарной технике безопасности. Предусмотрены мероприятия по охране окружающей среды и отчистке отходов производства.

Введение

Автоматизация - одна из ведущих отраслей науки и техники, развивается особенно динамично, она проникает во все сферы человеческой деятельности. Автоматизация качественно изменяет характер труда рабочих. В цехах с автоматизированным производством главной фигурой становится специалист новой формации - оператор, программист, рабочие других ранее не существующих профессий. Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов повышения производительности и улучшений условий труда. Современными проектами производств в нефтепереработки, химии и нефтехимии, объектах производства минеральных удобрений, энергетики, и др., предусматривается комплексная автоматизация технологических процессов.

В ходе автоматизации производственных процессов сокращается тяжелый труд, увеличивается производительность труда: наступает новый этап машинного труда - автоматизация, - когда человек освобождается от непосредственного участия в производстве. Функции контроля и управления технологическими процессами предаются автоматическим установкам. Это приводит к улучшению основных показателей эффективности производства и снижению себестоимости продукции.

В течении ряда десятилетий под автоматикой понималось прежде всего выполнение без участия человека некоторых действий, однозначно связывающих причину и следствие.

Сущность современного этапа развития автоматизации можно было бы кратко охарактеризовать как переход от автоматизации "действий" к автоматизации "принятия решений". То есть, переход от так называемой цикловой (обеспечивающей выполнение чисто повторных действий) автоматики и автоматической стабилизации технологических режимов к использованию средств, обеспечивающих оптимизацию процессов, к осуществлению органической связи основного производственного оборудования с автоматикой.

В каждом производственном процессе, наряду с "вещественными потоками", существуют совершенно другие потоки, которые можно назвать "информационными". Они представляют собой некоторую первичную информацию о ходе производственного процесса и необходимы для контроля и управления. Эта информация передается на соответствующие пункты управления (например, в операторную, диспетчерскую и т. п.), где подвергается обработке и используется для принятия решений при управлении процессом.

Автоматическое регулирование технологических процессов на различных предприятиях позволяет получить высокую производительность при наименьших производственных затратах и высоком качестве продуктов. Однако системы автоматического регулирования оказываются не достаточно эффективными, если они спроектированы только на основании общих положений теорем автоматического регулирования.Для наиболее эффективной работы таких систем их необходимо проектировать с учетом особенностей технологических процессов, для которых они предназначены.

Довольно часто системы автоматики, разработанные непосредственно на предприятиях, работают вполне удовлетворительно. Это указывает с одной стороны, на то, что заводские инженеры в состоянии справится с решением таких задач, а с другой стороны - на то, что успешное проектирование систем автоматики иногда может быть выполнено без применения очень сложного математического аппарата. Такое положение объясняется наличием простых правил установки и наладки автоматических регуляторов.

В настоящее время рядом ученых в различных лабораториях и университетах созданы более прогрессивные принципы проектирования систем автоматического регулирования. Однако прелагаемые ими методы обычно не реализуются полностью, если в разработке систем не участвуют люди, которые должны их эксплуатировать. Проблемы, связанные с автоматическим регулированием технологических процессов, как правило, возникают на заводе, поэтому должны решаться на самом предприятии. До тех пор, пока проектировщики систем автоматического регулирования и эксплуатационники не будут связанны между собой, их общие проблемы остаются нерешенными. Несмотря на то, что решение задач автоматического регулирования возможно математическими методами, эти же задачи приближенно могут быть решены путем довольно не сложных приемов. Таким образом, уравнение высокого порядка и быстродействующие вычислительные машины целесообразно применять лишь там, где более простыми методами решить задачи не удается.

Блестяще разработанные общие положения о системах автоматического регулирования, а также математическое описание процесса регулирования сами по себе никакой ценности не представляют. Системы автоматического регулирования должны учитывать свойства технологического процесса с целью обеспечения оптимального протекания процесса.

Без глубокого знания технологического процесса, система регулирования не может быть спроектирована квалифицированно. Для автоматического регулирования необходимо максимально знать требования, предъявляемые к химико-технологическим процессам. [Лит. 4]

1. Основная часть

1.1 Описание технологического процесса

В настоящее время аппаратурное оформление процесса производства ведется с применением новых более совершенных технологий, и используют комбинированные аппараты барабанные-грануляторы сушилки, барабанные-грануляторы сушилки-холодильники, в которых осуществляется несколько технологических процессов, например: в конкретном производстве аммофоса - грануляция и сушка.

В комплект оборудования сушки и грануляции аммофоса входит: барабанный-гранулятор сушилка поз. 44/1 (44/2), элеватор поз. 54/1 (54/2), грохот поз. 56/1 (56/2, 56/3, 56/4), дробилки поз. 59/1 (59/2), охладитель гранул поз. 60/1 (60/2), циклон поз. 63/1 (63/2), скруббер поз. 26/1 (26/2, 26/3), конвейер поз. 30, газо-воздушный калорифер (ГВК-6) поз. 45/1 (45/2), вентиляторы к газо-воздушному калориферу (ГВК-6) поз. 46/1 (46/2), циклон 48/1 (48/2), вентилятор мельничный поз. 51/1 (51/2), скруббер барботажный поз. 52/1 (52/2), бак расходный поз. 37/1 (37/2), бак циркуляционный поз. 66/1 (66/2), насос поз. 71/1 (71/2), запорно-регулирующая арматура, приборы КИПиА.

Упаренная пульпа с содержанием влаги 35-40% из бака поз. 71 или не упаренная пульпа из баков поз. 5/1 (5/2), насосом поз. 9 подается на форсунку барабанного-гранулятора сушилки поз. 44/1 (44/2), где сжатым воздухом распыляется на мелкие частицы и наносится на мелкие частицы аммофоса находящегося в барабанном-грануляторе сушилке, происходит грануляция то есть обкатка и укрупнение гранул.

Аппарат барабаный-гранулятор сушилка представляет собой барабан диаметром 3200 мм и длинной 22 метра, с углом наклона 1,5 и скоростью вращения 4 об/мин. В зоне загрузки внутренняя поверхность барабана оснащена короткой винтовой насадкой, а на остальной длине барабана - расположена подьемно-лопастная насадка Г-образной формы и обратным шнеком. При вращении барабанного-гранулятора сушилки подъемно-лопастная насадка создает во вращающемся аппарате мощную завесу материала, ссыпающегося с лопаток. Усеченный конус, обращенный меньшим основанием в сторону выгрузки, обеспечивает необходимое заполнение барабана продуктом и одновременно служит устройством для отделения мелкой фракции гранул, которую обратным шнеком возвращают на гранулирование, также в головную часть поступает мелкая фракция аммофоса из грохотов поз. 56 и циклонов поз. 63. Имея непрерывное перемешивание аммофоса и сплошную завесу, мелкодисперсная пульпа из форсунки непрерывно орошает частицы аммофосной завесы, увеличивая их размеры.

При вращении барабанного-гранулятора сушилки происходит процесс окатывания, укрупнение частиц ретура. Одновременно с образованием укрупненных частиц, в барабанный-гранулятор сушилку прямотоком с температурой 850 С от газо-воздушного калорифера поз. 45 подается теплоноситель (продукт сгорания природного газа в смеси с воздухом), который высушивает влажные гранулы аммофоса.

Высушенный и гранулированный аммофос за счет угла наклона 1,5 и вращения барабанного-гранулятора сушилки, перемещается к разгрузочной камере. Из разгрузочной камеры сухой продукт (влажность гранул аммофоса в пределах 0,4-1%) по течке поступает на элеватор поз. 54, а затем подается на рассев грохотами поз. 56 (на каждой системе по два грохота)

На грохотах происходит разделение крупной фракции на сите 3,53,5 мм готового продукта и мелкой фракции через сито 22 мм. Крупная фракция с верхнего сита поступает на дробилку поз. 58 (под каждым грохотом одна дробилка). Молотковая дробилка представляет собой измельчающую машину ударного действия, имеющею быстро вращающийся диск, к которому шарнирно прикреплены стальные молотки. Материал подается на измельчение в дробилку с верху, подхватывается молотками и измельчается ими. Отскакивая, от молотков материал ударяется о броневые плиты и при этом измельчается. Готовый продукт выводится из дробилки через разгрузочную решетку.

Мелкая фракция от грохотов по течке поступает на конвейер поз. 59, далее на конвейер поз. 28 и в головню часть барабанного-гранулятора сушилки.

Готовый продукт (1?4 мм) поступает на конвейер поз. 35, далее в охладитель гранул поз. 60, а затем на конвейер поз. 301 и на склад готового продукта.

В процессе сушки гранулированного аммофоса, помимо испарения влаги из гранул происходит выделение аммиака и фтористых газов за счет разложения (NH₄)₂SiF₆ и H₂SiF₆, содержащихся в аммофосной шихте и в пульпе.

(NH₄)₂SiF₆ > 2NH₃ + SiH₄ + 2HF

H₂SiF₆ > SiF₄ + 2HF

С увеличением температуры продукта в барабанном-грануляторе сушилке увеличивается выделения аммиака и фтора, поэтому процесс сушки в барабанном-грануляторе сушилке ведут с температурой отходящих газов не более 120 С, а продукта на выходе из барабанного-гранулятора сушилки до 95 С. Пыль аммофоса, газы и испаряемая влага из барабанного-гранулятора сушилки (пылегазо-воздушная смесь) протягивается хвостовым вентиляторам поз. 51, через систему очистки в циклоне поз. 48 и скруббере барботажном поз. 52. В циклоне поз. 48 происходит мокрая отчистка от аммофосной пыли и частично от аммиака. Циклон имеет цилиндрический корпус с коническим днищем. Пыле газо-воздушная смесь в водится в циклон тангенциально через патрубок со значительной скоростью, при этом прямолинейное движение газо-воздушного потока преобразуется во вращательное. Поток запыленного газа движется вниз по спирали. Частицы пыли, как более тяжелые, прижимаются к внутренней поверхности циклона и сползают вниз через патрубок. Газ, не доходя до конической части циклона и не находя выхода, меняет направление, закручивается по меньшему радиусу и выходит по трубе (в верхней части циклона).

Орошение циклона осуществляется из бака поз. 66, куда подается конденсат от выхлопных труб, который насосом непрерывно подается на орошение циклона в замкнутом цикле: поз.66, циклон, поз. 48 с переливом насыщаемой пульпы в поз. 37/1 (37/2). После циклона отходящие газы вентилятором поз. 51 подаются на очистку в скруббере поз. 52. Аппарат представляет собой камеру, внутри которой находятся перфорированные тарелки. Пульпа на орошение скруббера подается с верху, а загрязненный газ подается в аппарат снизу. Проходя, через отверстия тарелок, газ барботирует сквозь жидкость и превращает ее в слой подвижной пены. В слое пены пыль поглощается жидкостью, основная часть которой (примерно 80%) удаляется с тарелок вмести с пеной через регулируемые пороги. Оставшаяся часть жидкости (около 20%) сливается через отверстия в тарелке и улавливает в подтарельчатом пространстве более крупные частицы. Орошение скруббера осуществляется пульпой с рН=3,0- 4,5, г=1,2-1,24 (гр./см.³) в замкнутом цикле: бак поз. 37, скруббер поз. 52 с выводом пульпы по мере насыщения на скоростной аммонизатор испаритель, баки поз. 5 или в отделение экстракции.

После скруббера отходящие газы проходят каплеотбойник и выбрасываются в атмосферу. Образующейся конденсат в газоходах и в выходной трубе (свече) собирается в бак поз. 37б, откуда насосом поз. 38 подается на орошение циклонов 48/1 (48/2). Топочные газы получаются при сгорании топлива - природного газа в газо-воздушном калорифере (ГВК-6) поз. 45/1 (45/2). Температура на входе в барабанный-гранулятор сушилку регулируется количеством подаваемого топлива в заданном соотношении с первичным воздухом и количеством вторичного воздуха, нагнетаемого вентиляторами поз. 46/1 (46/2).

1.1.1 Таблица режимных и рецептурных параметров, и точность их поддержания

Таблица 1 Значения режимных и рецептурных параметров и точность их поддержания

Контролируемый параметр.	Нормы и технические показатели.	Методы и средства контроля.
Расход первичного воздуха.	900-1000 нм.3/ч.	Диафрагма "ДБ 2,5-500", дифмонометр "Сапфир-22-ДД", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Расход вторичного воздуха.	1500-1600 нм.3/ч.	Диафрагма "ДБ 2,5-500", дифмонометр "Сапфир-22-ДД", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Давление первичного воздуха.	550-600 кПа.	"Сапфир-22-ДИ", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Контролируемый параметр.	Нормы и технические показатели.	Методы и средства контроля.
Давление вторичного воздуха.	300-500 кПа.	"Сапфир-22-ДИ", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Давление природного газа (CH4 - 90-98%)	2,5-5 МПа	Разделитель мембранный "РМ 5320", "Сапфир-22-ДИ", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Расход природного газа (CH4 - 90-98%)	700-900 нм3/ч	Диафрагма "ДК6-200" дифмонометр "Сапфир-22-ДД", микроконтроллер "Ремиконт-130".
Температура топочных газов	800-900 C	Термопара "ТХК-8" преобразователь "БУТ-10" микроконтроллер "Ремиконт-130".
Температура парогазовоздушной смеси	115-135 C	Термосопротивление "ТСМ гр. 24", преобразователь "БУС-10",микроконтроллер "Ремиконт-130".
Температура гранул аммофоса.	90-100 C	Термосопротивление "ТСМ гр. 24", преобразователь "БУС-10",микроконтроллер "Ремиконт-130".
Температура топочных газов	1000	Термопара "ТХК-8" преобразователь "БУТ-10" микроконтроллер "Ремиконт-130".

1.1.2 Характеристики основного технологического оборудования.

В процессе сушки и грануляции аммофосной пульпы используется следующее технологическое оборудование:



1. Барабаный-гранулятор сушилка поз.44/1 (44/2)	Предназначен для окатки и сушки аммофосной пульпы и выдачи готового продукта на рассев. Диаметр 3200 мм, длина 22000 мм, угол наклона 1,5.
2. Газо-воздушный калорифер поз.45/1 (45/2)	Предназначен для получения смеси топочных газов с воздухом, производительность - 6 Гкал/час.
3. Вентилятор поз.51/1 (51/2)	Предназначен для отсоса газо-пылевоздушной смеси из барабаного-гранулятора сушилки, Q=100000 м3/час, напор 10,00 кПа, Дж=17 жн, привод от электродвигателя АО/ДА 30-12-36-4, мощность - 320 кВт n=1500 об/мин.
4. Вентилятор ДД - 12 поз.46/1 (46/2)	Предназначен для подачи вторичного воздуха на горение Q=50000-55000 м3/час напор H=3,43 кПа.
5. Абсорбер пенный скоростной поз.49/1 (49/2)	Предназначен для отчистки газов, выходящих из барабаного-гранулятора сушилки от фтора, аммиака и аммофосной пыли мокрым способом последовательно в четыре ступени.
6. Циклон поз.48/1 (48/2)	Предназначен для очистки газов, выходящих из барабаного-гранулятора сушилки от аммофосной пыли (грубая очистка).
7. Приемный бак поз. 70	Предназначен для приема упаренной пульпы и дальнейшей передачи ее в барабанный-гранулятор сушилку, V=16 м3.
8. Насос погружной поз. 71	Предназначен для подачи пульпы из бака поз. 70 в барабанный-гранулятор сушилку и для циркуляции пульпы из бака на выпарной аппарат.

1.1.3 Характеристики сырья и материалов применяемых в производстве

В процессе производства аммофоса применяется много разнообразных материалов и полупродуктов. В ходе процесса сушки аммофосной пульпы в барабаном-грануляторе сушилке при производстве аммофоса используются:

Аммофосная пульпа
Влажность -	Не более 50 %
Водородный показатель pH -	4,0 - 4,5
Температура -	115 С
Удельный вес -	1,3 - 1,36 г/см3
Природный газ, имеющий состав:
Метан (CH4) -	93,2%
Тяжелые углеводороды -	1,1-6,3%
Азот и инертные газы -	0,4-0,5%
Плотность при температуре 0С и давлении 760 мм. рт. ст. -	0,718 кг/м3
Температура воспламенения -	645-630 С
Теплотворная способность -	8310-8550 Ккал/м3.
Пределы взрываемости -	5-15%

1.2 Описание функциональной схемы автоматизации

Для автоматического поддержания и контроля режимов работы барабанного-гранулятора сушилки используется контрольно-измерительная аппаратура и автоматика:

измерительные (первичные) приборы

преобразователи в унифицированный электрический сигнал

микроконтроллер

магнитные реверсивные пускатели

исполнительные механизмы

Система регулирования предусматривает:

дистанционное управление каждым регулирующим органом

автоматическое поддержание заданных технологических параметров

ручное изменение задания каждому контуру регулирования

Система автоматизации процесса сушки и грануляции предусматривает следующие контура управления:

поддержание влажности гранул аммофоса на выходе из барабанного-гранулятора сушилки.

поддержание соотношения расходов природного газа к первичному воздуху

поддержание температуры топочных газов на входе в барабанный-гранулятор сушилку

уровень аммофосной пульпы в промежуточной емкости

поддержание температуры газо-воздушной смеси на выходе из барабанный-гранулятор сушилку

Выходным параметром участка сушки и грануляции аммофосной пульпы является размер гранул и их влажность. Влажность гранул измеряется косвенным методом, по температуре газо-воздушной смеси на выходе из барабанного-гранулятора сушилки. Так как температура газо-воздушной смеси не должна превышать 135 С выбирается датчик термосопративление "ТСМ гр. 24" [поз. 1а]. В связи с тем, что значение температуры необходимо ввести в "Ремиконт-130" необходим нормирующий преобразователь. В комплект "Ремиконт-130" входят и нормирующие преобразователи, в частности для термометров сопротивления "БУС-10" [поз. 1б]. Таким образом, выбирается нормирующий преобразователь "БУС-10". На выходе у нормирующего преобразователя унифицированный токовый сигнал (от 0 до 5 mA). Данный сигнал поступает на один из входов "Ремиконт-130". Также этот контур автоматического регулирования влажности гранул для расчетов использует значение расхода аммофосной пульпы подаваемой на сушку и грануляцию. Для измерения расхода аммофосной пульпы применяется индукционный расходомер "ИР-61-М-1" [поз. 2а]. Применение данного датчика обусловлено тем, что измеряется агрессивная среда, выход - электрический унифицированный сигнал (не требуется нормирующий преобразователь), "ИР-61-М-1" обладает малой инерционностью и высокой точностью. Значение температуры газо-воздушной смеси и расхода аммофосной пульпы обрабатывается по заданному алгоритму и выходной унифицированный токовый сигнал (от 0 до 5 mA) с "Ремиконт-130" поступает на электропневматический преобразователь. Так как выход у "Ремиконт-130" электрический, а исполнительный механизм пневматический необходимо в контур регулирования включить электропневматический преобразователь. Для этой цели выбирается широко распространенный электропневматический преобразователь "ЭП-3211" [поз. 1в]. Выходной сигнал с преобразователя поступает на панель [поз. 1г]. Учитывая, что регулирование температуры газо-воздушной смеси осуществляется изменением расхода природного газа в топку [поз. 45] электрические исполнительные механизмы использовать не рекомендуется. Следовательно выбирается пневматический исполнительный механизм. Для регулирования расхода газа наилучшим образом подходит привод следящий пневматический "ПСП-Т-1" [поз. 1д]. Таким образом, рассмотренная система автоматического регулирования изменением расхода подаваемого природного газа в топку [поз. 45] скомпенсирует отклонение температуры газо-воздушной смеси от заданного. Изменение расхода природного газа должно быть скомпенсировано изменением расхода первичного воздуха для полного его сгорания. Для этой цели на газопроводе, по которому природный газ поступает в газо-воздушный установлен датчик расхода - диафрагма камерная "ДК-6-200" [поз. 3а]. Создаваемый перепад давления на диафрагме камерной при прохождении потока газа через нее поступает на преобразователь - дифманометр "Сапфир-22-ДД" [поз. 3б]с электрическим выходом (от 0 до 5 mA). Электрический унифицированный сигнал с преобразователя "Сапфир-22-ДД" непосредственно поступает на вход микроконтроллера "Ремиконт-130". Также в "Ремиконт-130" поступает значение расхода первичного воздуха. Для этого на воздухопроводе по которому подается первичный воздух в газо-воздушный калорифер установлен датчик диафрагма "ДБ 2,5-500" [поз. 4а]. Создаваемый перепад давления диафрагмой подается на дифманометр "Сапфир-22-ДД" [поз. 4б], а его выход (электрический унифицированный сигнал) поступает в микроконтроллер "Ремиконт-130". По значениям расходов природного газа и первичного воздуха микроконтроллером определяется их соотношение и сравнивается с заданием. Если значение соотношения не равно заданному, микроконтроллер "Ремиконт-130" изменяет значение выходного сигнала, поступающего на электропневматической преобразователь "ЭП-3211" [поз. 4в]. В свою очередь изменится выходное значение давления на выходе электропневматического преобразователя "ЭП-3211" подаваемое на пневматический исполнительный механизм "ПСП-Т-1" [поз. 4д] через панель [поз. 4г], установленный на воздухопроводе по которому в газа-воздушный калорифер подается первичный воздух. Изменение значения давления на входе "ПСП-Т-1" приведет к изменению положения регулирующего органа (шибера) и как следствие изменится расход первичного воздуха. Это приведет к компенсации отклонения соотношение природного газа и первичного воздуха от задания. Из-за изменения количества подаваемого природного газа на окисление в газо-воздушный калорифер изменится температура топочных газов на входе в барабанный-гранулятор сушилку. Для оптимального процесса сушки и грануляции аммофосной пульпы необходима постоянная температура топочных газов на входе в барабанный-гранулятор сушилку, следовательно, ее нужно измерять и поддерживать на заданном значении (850 С). Так как измеряемая температура не входит в диапазон измерения термометров сопротивлений, а другие методы измерения температуры менее точны или слишком дороги исходя из этого в виде первичного преобразователя в данном контуре используется термопара "ТХК-8" [поз. 5а]. Значение термоэлектродвижущей силы термопары (милливольты) по компенсационным проводам поступает на нормирующий преобразователь "БУТ-10" [поз. 5б]. Выходной сигнал с преобразователя непосредственно подается на вход микроконтроллера "Ремиконт-130". Информация о температуре топочных газов на входе в барабанный-гранулятор сушилку микроконтроллером сравнивается с заданием и если значение температуры не равно заданному, "Ремиконт-130" изменяет значение токового выхода (от 0 до 5 mA) поступающее на электропневматический преобразователь "ЭП-3211" [поз. 5в]. Преобразователь преобразует унифицированный токовый сигнал в унифицированный пневматический и подаст его на вход привода следящего пневматического "ПСП-Т-1" [поз. 5д] через панель [поз. 5в]. В свою очередь исполнительный механизм изменит положение регулирующего органа, что и скомпенсирует отклонение температуры от заданного значения.

Также системы автоматики поддерживают уровень в промежуточном баке [поз. 70]. Датчиком для измерения уровня в баке является пъезотрубка в которую подают воздух с постоянным расходом. Выходное отверстие пъезотрубки [поз. 7а] находится на дне бака и давление в ней будет пропорционально уровню в баке (при условии, если плотность измеряемой среды постоянна). Текущее значение давления воздуха в пъезотрубке поступает на преобразователь "Сапфир-22-ДИ" [поз. 7б]. "Сапфир-22-ДИ" преобразует давление в унифицированный токовый сигнал (от 0 до 5 mA) и подает на вход микроконтроллеру "Ремиконт-130". Микроконтроллер сравнит значение уровня с заданием и если значение уровня не равно заданному "Ремиконт-130" изменит выходное значение, подаваемое на вход электропневматического преобразователя "ЭП-3211" [поз. 7в]. Токовый сигнал преобразуется нормирующим преобразователем в пневматический унифицированный сигнал (от 20 до 100 кПа), затем через панель [поз. 7г] поступает на пневматический исполнительный механизм, установленный на пульпопроводе. Давление воздуха изменит положение регулирующего органа и приведет к изменению расхода пульпы подаваемой на сушку и грануляцию в барабанный-гранулятор сушилку. Это приведет к стабилизации уровня в промежуточном баке. Так как для сушки и грануляции используется природный газ, необходимо чтобы в топке при поступлении в нее природного газа был факел. Для этого на газо-воздушном калорифере установлен датчик наличия факела и в случае срыва факела в топке датчик подаст сигнал о срыве факела и автоматика отключит подачу газа в топку. Для полной информации о протекании процесса сушки и грануляции аммофосной пульпы необходимо знать значение температуры в газо-воздушном калорифере. Это необходимо чтобы предотвратить выход из строя технологического оборудования (газо-воздушного калорифера поз. 45). Измерительная цепь аналогична цепи измерения температуры топочных газов на входе в барабанный-гранулятор сушилку. Так же необходимо измерять давление перед вентилятором поз. 51. Цепь измерения давления аналогична цепи измерения давления вторичного воздуха.

1.3 Описание электрической схемы автоматизации

Устройство сигнализации предназначено для извещения обслуживающего персонала о состоянии контролируемого объекта. Предусмотрена световая и звуковая сигнализация. Световая сигнализация осуществляется с помощью сигнальных ламп. Звуковая сигнализация осуществляется звонком громкого боя.

Технологическая сигнализация извещает о нарушении нормального хода технологического процесса, что проявляется в отклонении от допустимых значений технологических параметров:

падение давления первичного воздуха;

падение давления вторичного воздуха;

падение давления газа;

превышение температуры топочных газов на выходе из барабанного-гранулятора сушилки;

падение температуры топочных газов на выходе из барабанного-гранулятора сушилки;

срыв факела;

падение уровня аммофосной пульпы в промежуточном баке;

превышение уровня аммофосной пульпы в промежуточном баке.

Схема сигнализации оснащена кнопкой опробования сигнализации (SB1)и кнопкой съема звукового сигнала (SB3). При поступления нового аварийного сигнала сигнализация включится снова.

Если один из сигнализируемых параметров выйдет за приделы нормы "Ремиконт-130" замкнет одну из выходных цепей и включит реле (РЭС-22). Реле в свою очередь замкнет контакт в схеме сигнализации и загорится соответствующая лампочка, а затем включится звуковая сигнализация.

1.4 Синтез и анализ автоматической системы регулирования влажности

Процессы химической технологии (при рассмотрении ее с точки зрения задач управления) обычно представляют в виде динамических систем, поведение которых во времени определяется текущими значениями ряда характерных величин - расходов протекающих через аппараты веществ, их температуры, давления, концентрации и др. При нормальном протекании процесса эти величины имеют определенные, так называемые номинальные значения. В силу ряда внешних причин (изменение состава и расхода сырья, параметров тепло- и хладагентов и др.) или явлений протекающих в самом аппарате, указанные величины могут отклоняться от номинальных значений. Это приводит к нарушению процесса, снижению количества и качества продукции, интенсивному износу оборудования. Что бы процесс протекал нормально им необходимо управлять. Управление - это целенаправленное воздействие на объект, которое обеспечивает его оптимальное функционирование и количественно оценивается величиной критерия качества. Критерии могут иметь технологическую или экономическую природу

Различают величины входные и выходные. Под входными величинами понимают: изменение расхода вещества, его состава, количество подаваемого тепла и так далее. К выходным величинам относятся: температура вещества, концентрация, влажность и др. Состояние объекта в каждый момент времени определяется значениями его выходных величин.

Во время работы выходные величины отклоняются от заданных значений под действием возмущений, и получается рассогласование между текущими и заданными значениями выходных величин объекта. Если при наличии возмущений объект самостоятельно обеспечивает нормальное функционирование, то есть самостоятельно устраняет возмущающее рассогласование выходной величины, то он не нуждается в управлении. Если же объект не обеспечивает выполнение условий нормальной работы, то для нейтрализации влияния возмущений на него наносят управляющие воздействия (измененные с помощью исполнительного устройства материальные или тепловые потоки объекта). Таким образом в процессе управления на объект наносится управляющие воздействия, которые компенсируют возмущение и обеспечивают поддержание нормального режима его работы.

Управление может быть ручным или автоматическим. Ручное или автоматическое воздействие на химико-технологический объект через исполнительное устройство осуществляет оператор, наблюдающий за ходом процесса или автоматический регулятор. Оператор следит за отклонениями режима работы объекта от требуемого и, в зависимости от этого отклонения воздействует на исполнительное устройство таким образом, чтобы процесс удовлетворял заданным условиям. При автоматическом управлении, воздействие на объект осуществляется специальным автоматическим устройством в замкнутом контуре; такое соединение элементов образует автоматическую систему управления. Частным случаем управления является регулирование. Регулированием называют поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых постоянных или переменных значений с целью обеспечения нормального режима его работы посредством подачи на объект управляющих воздействий.

Рис. 1 Система автоматического регулирования по отклонению

Автоматическое устройство, обеспечивающее поддержание выходных величин объекта вблизи требуемых значений, называют автоматическим регулятором.

Для обеспечения нормальной работы различных по назначению и конструкции аппаратов и установок химической промышленности необходимо регулировать технологические процессы и величины: температуры, давления, расхода, уровня, концентрации. Автоматические системы регулирования, используемые для этой цели классифицируют по нескольким признакам.

По принципу регулирования автоматические системы регулирования делятся на действующие: по отклонению, возмущению и по комбинированному признаку.

По отклонению. В системах, работающих по отклонению регулируемой величиной от заданного значения (рис. 1), возмущение Z вызывает отклонение текущего значения регулируемой величены от ее заданного значения U. регулируемой величиной от заданного значения (рис. 1), возмущение Z вызывает отклонение текущего значения регулируемой величины от ее заданного значения U. Автоматический регулятор (АР) сравнивает значения Y и U, при их рассогласовании вырабатывается регулирующее воздействие X соответствующего знака, которое через исполнительное устройство подается на объект регулирования (ОР), и устраняет это рассогласование. В системах регулирования по отклонению для формирования регулирующих воздействий необходимо рассогласование, в этом состоит их недостаток, поскольку задача регулятора состоит именно в том, чтобы не допускать рассогласования. Однако на практике такие системы получили преимущественное распространение, так как регулирующее воздействие в них осуществляется, не зависимо от числа, вида и места появления возмущающих воздействий. Системы регулирования по отклонению являются замкнутыми.

По возмущению. При регулировании по возмущению (рис. 2) автоматический регулятор получает информацию о текущем значении основного возмущающего воздействия Z1. При изменении его и не совпадении с номинальным значением U_? регулятор формирует управляющее воздействие X, направленное на объект. В системах действующих по возмущению, сигнал рассогласования проходит по контуру быстрее, чем в системах поступающих по принципу отклонения, вследствие чего возмущающее воздействие может быть устранено еще до появления рассогласования. Однако реализовать регулирование по возмущению для большинства объектов химической технологии практически не представляется возможным, так как это требует учета влияния всех возмущающих воздействий на объект (Z1, Z2, Z3 и др.) число которых, как правило, велико; кроме того, некоторые из них не могут быть оценены количественно. Обычно учитывают основное возмущение, например по нагрузке объекта. Кроме того, в контур регулирования системы по возмущению сигналы о текущем значении регулируемой величины Y не поступают, поэтому с течением времени отклонение регулируемой величины от номинального значения может превысить допустимые пределы. Системы регулирования по возмущению являются разомкнутыми.

Рис. 2 Система автоматического регулирования по возмущению

По комбинированному принципу. При таком регулировании (рис. 3), то есть при совместном использовании принципов регулирования по отклонению и по возмущению, удается получить высоко-качественные системы. В них влияние основного возмущения Z1, нейтрализуется автоматическим регулятором, реагирующим по отклонению текущего значения регулируемой величины от заданного значения.

Рис. 3 Комбинированная система автоматического регулирования

По числу регулируемых величин автоматические системы регулирования делятся на одномерные и многомерные. Одномерные системы имеют по одной регулируемой величине, многомерные - по несколько регулируемых величин. Многомерные системы могут быть разделены на системы несвязанного и связанного регулирования. В первых из них регуляторы непосредственно не связаны между собой и воздействуют на общий для них объект регулирования раздельно. Системы не связанного регулирования обычно используются, когда взаимное влияние регулируемых величин мало или практически отсутствует. В противном случае применяют систему связанного регулирования, в которых регуляторы различных величин одного технического объекта связаны между собой внешними связями с целью основания взаимного влияния регулируемых величин одна на другую, то такая система связанного регулирования называется автоматической.

По числу контуров прохождения сигналов автоматические системы регулирования делятся на одноконтурные и многоконтурные. По назначению автоматические системы регулирования делят на системы автоматической стабилизации, системы программного управления и следящие системы. По характеру регулирующих воздействий различают: непрерывные автоматические системы регулирования, релейные и импульсные.

Учитывая достоинства и недостатки рассмотренных систем автоматического регулирования и свойства объекта (большое запаздывание, быстро изменяющееся возмущающее воздействие) выбирается комбинированная система автоматического регулирования. Возмущением для данной системы будет расход аммофосной пульпы поступающей на сушку и грануляцию в барабанный-гранулятор сушилку, а управляющее воздействие будет вноситься изменением расхода энергоносителя (топочных газов).

При синтезе системы ее две составные части - замкнутый контур регулирования и компенсирующую цепь по возмущению - рассчитаем отдельно. Замкнутый контур обеспечивает отработку задающего воздействия. Требования в этом отношении определяют структуру и параметры регулятора по отклонению системы.

Замкнутый контур - считается (выбор регулятора, определение параметров настройки и т.д.) как для обычной одноконтурной системы.

Компенсирующая цепь создается по основному возмущению. Для определения основного возмущения необходимо определить каналы, по которым возмущение может попасть в объект и вызвать отклонение выходного параметра от нормы. Затем необходимо оставить те каналы, по которым не наносится управляющие воздействия на объект. Из оставшихся каналов выбираются те, по которым возмущение может оказать существенное влияние на выходной параметр, а потом синтезируется компенсирующие цепи для уменьшения влияния на выходной параметр. Конкретно для процесса сушки и грануляции аммофосной пульпы единственным и существенным возмущением, влияющим на влажность гранул аммофоса, является расход пульпы. Следовательно, компенсирующая цепь должна быть создана по расходу пульпы. Ее синтез слагается из выбора элемента для измерения возмущения, выбора точки включения цепи в замкнутый контур регулирования, определения передаточной функции компенсирующего элемента и его физической реализации. Рассмотрим каждый из этих этапов подробнее.

Пусть комбинированная система имеет вид:

Рис. 4 Комбинированная система автоматического регулирования

где:

W_моб1(p) и W_моб2(p) - передаточные функции объекта регулирования по каналу управления и каналу возмущения (соответственно).

W_ИС(р) - передаточная функция исполнительного устройства.

W_Д(р) - передаточная функция датчика расхода аммофосной пульпы.

W_П(р) - передаточная функция преобразователя.

W_кр(р) - передаточная функция корректирующего устройства.

W_пр(р) - передаточная функция преобразователя.

W_рег(р)- передаточная функция регулятора по отклонению.

g(t) - задание

?(t) - возмущение.

е(t) - разность между заданием и текущим значением влажности.

W_рег(p) - передаточная функция регулятора по отклонению (замкнутый контур)

W(t) - текущее значение влажности. [Лит. 2]

1.4.1 Обзор и выбор метода измерения влажности гранул аммофоса

Измерение влажности твердых и сыпучих тел.

Для определения влажности твердых и сыпучих тел применяют прямые методы, позволяющие определить непосредственно массу сухого вещества в навеске, и косвенные методы определения влажности измерением функционально связанной с ней величиной. Общие недостатки прямых методов - необходимость отбора и специальной подготовки проб материала, время высушивания навески до постоянной массы 5 - 15 ч, периодичность и большая длительность процесса контроля; поэтому прямые методы используют главным образом в лабораторных исследованиях, а также при градуировке и поверке промышленных влагомеров. Косвенные методы характеризуются быстрым определением влажности, но по точности значительно уступают прямым методам. Только эти методы позволяют автоматизировать контроль влажности.

К косвенным методам относятся следующие основные методы: кондуктометрический, диэлькометрический, сверхвысокочастотный, оптический, ядерного магнитного резонанса, термовакуумный, теплофизический.

Кондуктометрический метод. Обычно промышленные материалы являются капиллярно-пористыми телами, у которых влага находиться в порах. Для таких материалов характерна зависимость их электрических свойств от влагосодержания. В сухом виде эти материалы обычно являются диэлектриками с объемным удельным сопротивлением сv=10¹⁰…10⁸ Ом·см. В результате увлажнения капиллярно-пористые тела становятся проводниками, причем их удельное электрическое сопротивление резко снижается (до сv=10^-2 Ом·см).

Зависимость электрического сопротивления от влажности для капиллярно-пористых материалов выражается показательной функцией вида

R_x=A/Wⁿ (1)

где R_x - величена сопротивления пористого материала; A - постоянная, зависящая от исследуемого материала, % по массе; n - показатель степени, зависящий от структуры и природы исследуемого материала (для различных материалов колеблется в широких пределах).

Диэлькометрический метод. Метод основан на том, что диэлектрическая проницаемость е и тангенс угла диэлектрических потерь tdд твердых капиллярно пористых материалов, относящихся с точки зрения физики диэлектриков к макроскопически неоднородным диэлектрикам, в большой степени зависит от их влажности. Связь между этими величинами определяется комплексной диэлектрической проницаемостью

(2)

где е' - активная составляющая диэлектрической проницаемости; е'' -коэффициент диэлектрических потерь; электрическая проводимость ч - электрическая проводимость; е₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума; щ - круговая частота приложенного электрического поля.

Очевидно, что и емкостной преобразователь, заполненный влагосодержащим веществом, должен характеризоваться комплексной электрической емкостью, зависящей от влажности материала. Связь между измеряемыми параметрами исследуемого вещества и влагосодержанием можно вывести из расчета электрических параметров влажного материала

 (3)

где е_в, е₁ и е₂ - комплексная диэлектрическая проницаемость соответственно влажного материала, поглощенной материалом воды и сухого материала; с и с_в - плотность соответственно анализируемого материала и воды влажность анализируемого материала; W - влажность анализируемого материала; a и b - постоянные коэффициенты (для большей части материалов a =0,01…0,03; b =0,5…1,5).

Большая часть капиллярно-пористых материалов является хорошими диэлектриками, их диэлектрическая проницаемость е₂=1…6, в то время как для воды, как правило обладающей значительной электрической проводимостью, диэлектрическая проводимость е₁=81. Таким образом, присутствие влаги в твердом материале должно в значительной степени изменять комплексную диэлектрическую проницаемость е_в.

Сверх высокочастотный метод. Как известно, молекулы воды являются диполями и под влиянием переменного электрического поля совершают колебательное движение. Частота колебаний определяется релаксации молекул. Если период колебания внешнего поля близок периоду колебаний молекул воды, то наступает резонанс, обуславливающий их воздействие.

Радиоволны сверх высоких частот длинной от 20 см до нескольких миллиметров охватывают область дисперсии воды, по этому их используют для измерения влажности. Проходя через влажный образец, радиоволны ослабляются, что выражается изменением E₀ и замедляются, что обуславливает фазовый сдвиг ?ц. Эти изменения в зависимости от диэлектрических свойств среды, (е, tdд), толщины L плоскопараллельного слоя и длинны волны л описываются выражениями:



Так как е и tdд для воды в десятки раз больше, чем для сухого материала (кроме сегнетодиэлектриков и растворов электролитов), то, естественно, с изменением содержания влаги в веществе резко меняются его диэлектрические характеристики: другими словами, ослабление радиоволн и фазовый сдвиг являются функциями влажности. Обычно ослабление выражают в децибелах:

Единица измерения фазового сдвига - угловые градусы. Так как реальные влажные материалы неоднородны и при взаимодействии радиоволн с веществом возникают чисто волновые явления дифракции и интерференции, уравнения (5) и (6) нельзя использовать для определения и . В связи с этим при измерении влажности СВЧ - методом пользуются кривыми, получаемыми в процессе градуировки прибора.

Термовакуумный и теплофизический методы. Эти методы измерения влажности твердых материалов основаны на измерении параметров кривой материала в процессе десорбции влаги в вакууме.

Сущность термовакуумного (калориметрического) метода заключается в следующем. В герметичную кювету помещают слой исследуемого материала и вакуумной установкой снижают давление в кювете. Происходит интенсивное испарение влаги с образца, что вызывает понижение его температуры. Одновременно происходит приток теплоты из окружающей среды; количество теплоты зависит от технологии эксперимента и конструкции кюветы. Суммарное действие этих факторов приводит к тому, что изменение температуры образца в процессе сброса давления носит экстремальный характер и температура, соответствующая экстремуму, пропорциональна начальному влагосодержанию образца. Температура исследуемого образца измеряется термометром сопротивления, который обычно не контактирует с образцом. Между материалом и термометром сопротивления находится электро- или теплоизоляционный слой либо пленка; дно кюветы выполнено из тонкой металлической фольги.

Теплофизический метод основан на использовании зависимости температуры образца материала в процессе или после нагрева от влажности, то есть на оценке влажности по энергии, затраченной на испарение воды из него при интенсивной контактной сушке постоянным потоком теплоты.

Показания теплофизических влагомеров зависят от плотности и гранулометрического состава материала, а также от степени налепания материала на пластину. [Лит. 4] Зная, что влажность пылегазо-воздушной смеси можно измерить косвенным путем (измерив температуру и т.д.) рассмотрим методы измерения температуры.

Измерение температуры

В устройствах для измерения температуры обычно используют изменение какого - либо физического свойства тела, однозначно зависящего от его температуры и легко поддающегося измерению. К числу свойств, положенных в основу работы приборов для измерения температуры, относятся объемное расширение тел, изменение давления вещества в замкнутом объеме, возникновение термоэлектродвижущей силы, изменение электрического сопротивления проводников и полупроводников, интенсивность излучения нагретых тел и др.

При измерении температуры используют две шкалы: термодинамическую, основанную на втором законе термодинамики и международную практическую (МПТШ-68).

В термодинамической шкале температуру обозначают символом Т и выражают в кельвинах (К). Единицей измерения температуры (t) в Международной практической шкале служит градус (^оС), 1 ^оС=1 К.

Количественно температуры в термодинамической и международной практической шкалах связаны отношением

T[K]=t[^oC]+273.15 (7)

Температуру измеряют с помощью термометров. В зависимости от физических свойств, на которых основано действие приборов для измерения температуры различают: манометрические термометры, термометры расширения, термоэлектрические термометры, термометры сопротивления и пирометры излучения.

Термометры расширения построены на принципе изменения объема жидкости (жидкостные) или линейных размеров твердых тел (биметаллические и дилатометрические) при изменении температуры.

Действие жидкостных термометров основано на различии коэффициентов теплового расширения термометрического вещества (ртуть или спирт) и оболочки, в которой оно находится (термометрическое стекло или кварц). Такие термометры применяются для местных измерений температур в пределах от -190 до 600 ^оС. Их основные достоинства - простота и высокая точность измерения, недостатки - невозможность ремонта, отсутствие автоматической записи и передачи показаний на расстояние.

Работа биметаллических, а также дилатометрических термометров основана на различии коэффициентов теплового расширения твердых тел, из которых выполнены чувствительные элементы. В биметаллических термометрах это пластина или спиральная лента, состоящая из двух слоёв разнородных металлов; в дилатометрических - металлическая трубка и кварцевый или фарфоровый стержень. Пределы измерений таких термометров от -150 до + 700 ^оС. Чаще всего они используются в качестве измерительных преобразователей автоматических систем регулирования.

Действие манометрических термометров основано на изменении давления жидкости (жидкостные), паро-жидкостной смеси (конденсационные) или газа (газовые), находящиеся в замкнутом объёме, при изменении температуры. Они состоят из чувствительного элемента (термобаллон), соединительного капилляра и вторичного прибора - манометра. Класс точности манометрических термометров 1,0-2,5. Они используются для дистанционного (до 60 м) измерения температур в пределах от -160 до 600 ^оС.