7.1. Функциональные схемы автоматизации камер периодического действия
тепло-влажностной обработки железобетонных изделий
На рис. 6 представлен один из вариантов традиционной схемы автоматизации камеры периодического действия тепло-влажностной обработки железобетонных изделий.
Объектами автоматизации являются перфорированный трубопровод, уложенный вдоль стенок камеры, в который подается пар из общей магистрали, а также вентиляционная установка с управляющимися заслонками для удаления паровоздушной смеси из камеры и подачи холодного воздуха в камеру для охлаждения обрабатываемых железобетонных изделий.
Основная задача данной схемы автоматизации состоит в том, чтобы в течение всего цикла тепло-влажностной обработки железобетонных изделий поддерживать и изменять температуру среды в камере по заранее заданному закону как функции времени. Система программного регулирования состоит из датчика температуры (терморезистора) А1,позиционного регулятора температуры В1, который управляет исполнительным механизмом (электромагнитным клапаном) D1подачи пара в перфорированные трубы камеры. Значение требуемой температуры в каждый момент времени от начала цикла устанавливает задатчик температуры С1. Он же по окончании времени цикла включает вентиляционную установку с помощью пусковой аппаратуры (магнитного пускателя)
С1и открывает проток воздуху посредством исполнительных механизмов (электромагнитных клапанов) D3иD4. По завершении времени охлаждения загорается сигнальная лампа HL1. При необходимости вентиляционную установку можно дополнительно включать кнопочным устройством С3, предварительно переведя ее в режим «ручного» управления переключателем режима C2. В качестве устройства для регулирования температуры В1 – С1обычно используют программный регулятор температуры ПЭРТ-2М.
Рис. 6. Фрагмент схемы автоматизации пропарочной камеры
периодического действия
Для визуального контроля температуры в камере используется такой же датчик температуры А2 с показывающим прибором В2.
На данном рисунке приведена схема управления одной тепловой камеры. Если их несколько, то данная схема для других камер полностью дублируется.
Однако в таких схемах автоматизации есть ряд недостатков. Во-первых, имеющиеся в настоящее время программные регуляторы температуры морально устарели и практически промышленностью не выпускаются. Во-вторых, эта схема позволяет производить только позиционное регулирование температуры, которое для таких инерционных объектов приводит к значительным динамическим ошибкам. В-третьих, имеются определенные сложности в изготовлении шаблонов для программного регулирования, не позволяющие задавать временную программу с достаточной точностью. Кроме того, режим охлаждения практически не управляем, а релейная схема включения и выключения управляющих элементов страдает недостаточной надежностью работы таких систем. Все эти недостатки полностью можно свести к нулю при использовании программируемых контроллеров общего назначения. На рис. 7 приведен вариант программного регулирования температуры во всех тепловых камерах производственного участка с применением программируемых контроллеров.
По этой схеме на все тепловые камеры используется только один программируемый контроллер С2 с кнопочной станцией или клавиатурой С1и символьным индикатором HG1. В каждой камере устанавливается по одному датчику А1 температуры (терморезистор с мостовой измерительной схемой и преобразователем «напряжение – ток»), сигналы которых поступают на входы модуля ввода непрерывных сигналов контроллера. Таким образом, в контроллере имеется информация о температуре среды в каждой камере, которая по выбору может быть отображена на символьном индикаторе.
Сама же программа изменения температуры в камерах заложена в электронной памяти контроллера, которая сравнивается со значением текущей температуры и, в зависимости от этой разницы, по определенному закону производится включение или выключение привода электромоторного регулирующего клапана Е1, с помощью которого устанавливается необходимое проходное сечение его. Электрическая схема датчика температуры с преобразователем «напряжение – ток» приведена на рис. 8. При нарушениях подачи пара конечный выключатель В1 при достижении предельных значений проходного сечения информирует об этом контроллер, а тот, в свою очередь, выводит это на табло индикатора HG1.Этот же контроллер производит управление электромагнитными клапанами Е2, Е3иЕ4, а такжебесконтактнымпусковым устройствомD1вентиляционной установки. При этом процесс охлаждения обрабатываемых изделий в камере тоже производится по заданной программе посредством позиционного управления вентиляционной установки, тем самым повышая качество обрабатываемых изделий и значительно сокращая внутренние температурные напряжения.
Подобные схемы с применением программируемых контроллеров легко приспосабливаются к любым технологиям тепло-влажностной обработки железобетонных изделий, а при смене температурной программы сами схемы остаются неизменными.
Рис. 7. Фрагмент схемы автоматизации пропарочной камеры
периодического действия на основе программируемого
контроллера
В электрической принципиальной схеме датчика температуры резисторы
R1, R3, R4 и терморезистор, подключаемый на вход Rt, составляют обычную мостовую схему, а операционный усилитель DA1представляет собой регулятор тока через терморезистор. Поэтому напряжение на выходе этого усилителя изменяется линейно с изменением температуры в области терморезистора. На операционном усилителе собран преобразователь «напряжение – ток» для устранения влияния сопротивления линии связи от датчика до программируемого контроллера. В качестве терморезистора можно использовать терморезистор типа как ТСМ на 53 Ома, так и ТСП на 46 Ом. Резистором R4выставляют ток, равным нулю, при 0оС. Резистором R9 выставляют определенное значение тока при заданной температуре, например, 5 mA при 100оС. Разумеется, эти установки производятся с помощью магазина сопротивлений вместо принятого терморезистора.
| ? |
| ? |
Рис. 8. Электрическая принципиальная схема датчика температуры
с токовым выходом
Следует отметить, что управление каждой тепловой камеры программируемый контроллер осуществляет независимо. Начальный момент цикла каждой камеры определяется моментом закрытия камеры крышкой, о чем сигнал с конечного выключателя 2Впоступает непосредственно на вход модуля ввода дискретных величин контроллера. Подобным образом может быть построена система программного регулирования температуры в периодических камерах любой конструкции, любого принципа тепловой обработки изделий и любой температурной и временной программы.
7.2. Функциональные схемы автоматизации камер непрерывного действия
тепло-влажностной обработки железобетонных изделий
На рис. 9 представлен один из возможных вариантов схемы автоматизации камеры непрерывного действия для тепло-влажностной обработки железобетонных изделий.
Рис. 9. Фрагмент схемы автоматизации пропарочной камеры
непрерывного действия
Основным объектом автоматизации на этой схеме является камера, внутри которой вдоль нее может помещаться в общем случае от 15 до 30 вагонеток с железобетонными изделиями в зависимости от длины камеры. Камера разделена на три зоны: подогрева, изотермической выдержки и охлаждения, разделенные перегородками из термостойкой резины.
Тепловая обработка совершается паром, поступающим из общей магистрали. В зоне подогрева установлен один пост регулирования температуры, в зоне изотермической выдержки – два. Кроме того, в зоне подогрева располагается вентиляционная установка для рециркуляции паровоздушной среды, и в зоне охлаждения – вентиляционная установка для охлаждения обрабатываемых изделий. Для подачи вагонеток с изделиями предусмотрен снижатель и толкатель с электромоторным приводом, а также подъемник в конце камеры тоже с электромоторным приводом.
В качестве регулятора В1 температуры в камере может использоваться многоточечный (на данной схеме – трехточечный) автоматический мост, который в автоматическом режиме последовательно опрашивает датчики температуры А1, А2и А3. Затем он сравнивает их с заданными значениями и, соответственно, включает или выключает исполнительные механизмы (электромагнитные клапаны) К1, К2 и К3 для подачи пара в соответствующие отделы камеры.
Обе вентиляционные установки работают в непрерывном режиме и управляются соответственно кнопочными устройствами F3, F6, переключателями режимов F2, F5 и пусковыми устройствами (магнитными пускателями) F1, F4. Управление снижателем и подъемником осуществляется с помощью либо командоаппарата С2, либо релейной линейки. По сигналу с конечного выключателя E2о поступлении очередной тележки с изделием в заданный момент времени (по графику) включается электропривод снижателя и подъемника для его соответствующего снижения или подъема с помощью реверсивного магнитного пускателя D2и D3. По окончании спуска по сигналам с конечных выключателей E1и E4реверсивным магнитным пускателем D1 включается электропривод толкателя, по сигналу конечного выключателя которого он возвращается в исходное положение. Затем снижатель по сигналу командоаппарата С2поднимается в исходное положение, ожидая следующую тележку с изделием, и включается подъемник для поднятия тележки с готовым изделием.
На рис. 10 приведена схема автоматизации той же камеры, только с помощью программируемого контроллера. В камере устанавливаются датчики температуры (терморезисторы) с преобразователем «напряжение – ток» по схеме (рис. 
А вместо электромагнитных клапанов здесь целесообразнее применять электромоторные регулирующие клапаны. Такая замена позволяет регулировать температуру в соответствующих зонах камеры более плавно и с малыми динамическими ошибками.
Управление вентиляционными установками производится тем же программируемым контроллером. Использование такого управления позволяет точнее регулировать температуру в зонах подъема температуры и охлаждения.
Рис.10. Фрагмент схемы автоматизации пропарочной камеры
непрерывного действия с программируемым контроллером
Так, если в зоне подъема установить дополнительный терморезистор, то путем включения и выключения рециркуляционной установки можно повышать температуру более линейно. А такое же управление вентиляционной установки в зоне охлаждения позволяет более плавно снижать температуру изделий.
Так же более рационально оказалось управлять снижателем и подъемником с помощью того же программируемого контроллера. Здесь очень просто соблюдать все временные интервалы, необходимые для более гибкого управления соответствующими электроприводами.
Применение программируемых контроллеров позволяет легко приспособить схему управления к любым изменениям в технологическом оборудовании. Так, если камера имеет значительную длину, то очень легко увеличить количество постов контроля температуры и количество исполнительных механизмов. Также легко строится схема автоматизации, если снижатели и подъемники в своей основе имеют не электрические, а, допустим, гидравлические или пневматические приводы. И количество вентиляционных установок тоже может быть любым.
7.3. Функциональная схема автоматизации барабанных
сушильных установок
На рис.11 приведен основной фрагмент функциональной схемы барабанной сушильной установки с применением программируемого контроллера Е2в качестве основного управляющего устройства.
Сушильный агент, поступающий в барабан, образуется за счет сгорания газа и смешивания его с холодным воздухом. Температура его измеряется датчиком температуры А1с преобразователем «напряжение – ток», сигнал которого поступает на вход модуля ввода непрерывных величин программируемого контроллера. Величина температуры регулируется с помощью исполнительного механизма (электромоторного регулирующего клапана) F1. Вместе с ним контроллер устанавливает необходимое поступление окислителя (воздуха) с помощью аналогичного исполнительного механизма F2. Подача воздуха осуществляется вентиляционной установкой, управляемой через пусковое устройство (магнитный пускатель) С1тем же программируемым контроллером. Из топочного отделения продукты сгорания поступают в смесительную камеру, где смешиваются с холодным воздухом, образуя сушильный агент с необходимой температурой. Этот сушильный агент, проходя через барабан, отбирает влагу и через циклон, отделяющий пылевые частицы, выбрасывается в атмосферу. Температура сушильного агента в барабане регулируется с помощью регулирующего органа F4в зависимости от температуры в конечной части барабана, измеряемой датчиком A2, а сушильный агент отсасывается вентиляционной установкой, управляемой программируемым контроллером с помощью пускового устройства С3. Сам барабан приводится во вращение электроприводом, управляемым пусковым устройством C2. В зависимости от типа и свойств материала, скорость вращения программируемый контроллер устанавливает с помощью частотного преобразователя D1.
Рис. 11. Фрагмент схемы автоматизации барабанной сушильной установки
В целях безопасности по данной схеме производится контроль наличия пламени с помощью соответствующего фотооптического датчика В1. При угасании пламени немедленно выключается подача газа и открывается с помощью электромагнитного клапана F3 заслонка аварийной трубы.
Приведенная схема автоматизации практически одна и та же, т.е. как для сушильных установок с прямотоком сушильного агента, так и для сушильных установок с противотоком. Кроме того, схема станет более эффективно сушить строительные материалы, если в концевой камере на выходе поставить датчик влажности. Кроме того, с целью повышения надежности управления вместо регулирующих клапанов F2иF4можно поставитьмаломощные частотные преобразователи, позволяющие изменять скорость вращения ротора привода вентиляционных установок.
7.4. Функциональная схема автоматизации туннельной печи
На рис. 12 приведен фрагмент одной из возможных схем автоматизации туннельной обжиговой печи с использованием программируемого контроллера в качестве основного управляющего элемента. Здесь приведена простейшая туннельная печь, в которой в качестве топлива используется газ. На схеме не показана транспортная часть. Направления движения обжигаемого материала указано стрелкой. В печи можно отметить пять зон (по ходу перемещения материала):
1) низкотемпературного подогрева и сушки, когда к горячей среде добавляется холодный воздух;
2) предварительного нагрева до температуры, близкой к температуре обжига;
3) зона обжига;
4) замедленного охлаждения;
5) интенсивного охлаждения.
В реальных печах количество зон прогрева и охлаждения может быть значительно больше.
В приведенной схеме программируемый контроллер С2 производит регулирование температуры в обеих зонах прогрева, а также в зоне интенсивного охлаждения. В зону прогрева горячая среда за счет продуктов горения в зоне обжига поступает за счет вытяжного вентилятора, управляемого с помощью пускового устройства D1.
Для регулирования температуры в зоне обжига и в зоне предварительного нагрева в зоне прогрева установлены датчики температуры с преобразователем «напряжение – ток» А2. Для поддержания заданной температуры контроллер корректирует подачу газа исполнительным регулирующим органом F3. Для подачи окислителя (холодного воздуха из атмосферы) применена вентиляционная установка, управляемая пусковым устройством D4, а коррекция расхода воздуха осуществляется исполнительным механизмом F4. Для равномерного прогрева изделий в этой зоне используется рециркуляционная установка, управляемая пусковым устройством D3.
Для подачи холодного воздуха в зону низкотемпературного подогрева предназначена вентиляционная установка, управляемая пусковым устройством D2. Температура в этой зоне измеряется датчиком температуры А1, аналогичным А2. Коррекция температуры осуществляется путем изменения расхода холодного воздуха с помощью исполнительного механизма F2.
С помощью кнопочной станции С1 возможно вносить коррективы в систему управления, выполнять отдельные команды управления. А символьное сигнальное устройство HG1 отображает состояние объекта управления и его отдельных частей, в том числе и результаты технической диагностики.
Рис. 12. Функциональная схема автоматизации туннельной печи
7.5. Электрические принципиальные схемы автоматизации
с использованием программируемых контроллеров
 |
Электрические принципиальные схемы фактически распадаются на несвязанные гальванически схемы каждого модуля связи с объектами со своим окружением. Так, окружением модулей ввода дискретных величин являются контакты электромагнитных реле, конечных выключателей, кнопочных устройств, переключателей, а также бесконтактные логических элементы с согласующими элементами. Примеры их подключения приведены на рис. 13.
Рис. 13. Примеры подключения датчиков к модулю ввода
Согласно этой схеме, к одной стороне контактов электромагнитных и других реле, конечных выключателей, кнопок и выключателей подается напряжение +24 В от отдельного источника питания, а другая их сторона подключается непосредственно на вход модуля ввода. Поэтому при включении этих контактов появляется напряжение +24 В непосредственно на соответствующем входе модуля ввода, и программируемый контроллер воспринимает этот сигнал как логическую единицу. Подобным образом контроллер реагирует и на сигнал от бесконтактного датчика. При появлении сигнала на входе бесконтактного ключа (в данной схеме – это оптронный транзистор) на входе модуля ввода появляется напряжение, близкое к +24 В, соответствующее логической единице.
Здесь и далее модули ввода и вывода взяты из программируемого контроллера типа МБ57 серии МикроДАТ.
Так же просто подключаются датчики, измеряющие значения технологических параметров, к модулю ввода непрерывных величин. Только в этом случае эти датчики подключаются через нормирующие преобразователи, как это показано на рис. 14.
 |
Рис. 14. Примеры подключения датчиков температуры к модулю
ввода непрерывных величин
На этом рисунке в качестве примера приведено подключение терморезистора через нормирующий преобразователь тока, взятый из рис 8, и через нормирующий преобразователь НПТ-2. Аналогично подключаются датчики измерения и других технологических параметров.
Такая же простая схема окружения модуля вывода дискретных величин. В этом случае на соответствующий вход модуля вывода подается напряжение +24 В тоже от отдельного источника питания. Маломощная нагрузка в виде электромагнитного реле, катушка электромагнитного клапана и другие непосредственно подключаются к соответствующим выводам модуля, а уже с их помощью включаются нагрузки высокой мощности.
Отдельный интерес представляет бесконтактное управление стандартными исполнительными механизмами. На рис. 15 представлена возможная схема включения электрического двигателя исполнительного механизма с помощью оптронных тиристоров.
 |
Рис. 15. Схема управления исполнительным механизмом с помощью
модуля вывода дискретных величин постоянного тока
По этой схеме управляющее напряжение +24 В с соответствующего вывода модуля через ограничительное сопротивление поступает на последовательно включенные светодиоды оптронных тиристоров, что приводит к включению самих тиристоров в оптронных тиристорах, включенных параллельно встречно. Этим самым обеспечивается подключение электрического двигателя к сети переменного тока. Для реверсивного управления исполнительным механизмом применяются две пары оптронных тиристоров: один – для прямого включения, другой – для реверсивного включения.
Для включения трехфазного электрического двигателя применяются соответственно три пары оптронных тиристоров. Для бесконтактного включения электрических двигателей высокой мощности (свыше 50 – 70 кВт) эти оптронные тиристоры позволят включать уже более мощные семисторы, которые, в свою очередь, подключают к сети непосредственно обмотки электрического двигателя.
Б и б л и о г а ф и ч е с к и й с п и с о к.
1. Ганенко А.П., Милованов Ю.В, Лапсарь М.И. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ. М.: Изд-во Центр «Академия», 1999.
2. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условные приборов и средств автоматизации в схемах. М.: Изд-во. Стандартов, 1976.
3. Единая Система Конструкторской Документации. Обозначения условные графические в схемах. М.: Изд-во. Стандартов, 1976.
4. ГОСТ «Единая система конструкторской документации» (ЕСКД). Общие правила выполнения чертежей. М.: Изд. Стандартов, 1983.
5. ГОСТ 21.103-78. Основные надписи. М.: Изд-во. Стандартов, 1978.
6. Дипломное проектирование /Под редакцией д.т.н., проф. В.И.Лачина. Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.
7. Перегудов В.В., Роговой М.И. Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей. М.: Стройиздат, 1983.
8. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: АльянС, 2005.
9. Волчкевич Л.И. Автоматизация производственных процессов. М.: Машиностроение, 2005.
С О Д Е Р Ж А Н Е
1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Основные требования к оформлению . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
3. Схемы функциональные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
4. Электрические принципиальные схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
5. Перечень элементов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
6. Устройство и принцип работы программируемых
контроллеров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7. Примеры схем автоматизации производства строительных
материалов, изделий и конструкций. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.1. Функциональные схемы автоматизации камер
периодического действия тепло-влажностной
обработки железобетонных изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
7.2. Функциональные схемы автоматизации камер
непрерывного действия тепло-влажностной
обработки железобетонных изделий . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
7.3. Функциональная схема автоматизации барабанных
сушильных установок . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7.4. Функциональная схема автоматизации туннельной печи . .42
7.5. Электрические принципиальные схемы автоматизации
с использованием программируемых контроллеров . . . . . 44
Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
