Научная статья на тему 'МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ'

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
170
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЗЕРНИСТЫЕ СЫПУЧИЕ МАТЕРИАЛЫ / АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ / АВТОМАТИЧЕСКИЕ ДОЗАТОРЫ / РАСХОДОМЕРЫ / ВРЕМЯИМПУЛЬСНОЕ УПРАВЛЕНИЕ / GRANULAR BULK MATERIALS / AUTOMATIC CONTROL / AUTOMATIC BATCHERS / FLOW METERS / TIME-PULSE CONTROL

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Митрошин Дмитрий Германович, Пешехонов Алексей Анатольевич, Рудакова Ирина Викторовна, Чернуха Максим

В статье рассматриваются новые способы и технические реализации автоматических систем дозирования, измерения и регулирования количества и расхода зернистых сыпучих материалов. Как силовое, так и управляющее воздействие на материал осуществляется переменным расходом газа. Представленные системы позволяют решать одновременно технологические задачи и задачи управления. Показано, что оптимальным для них является времяимпульсное управление расходом материала.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Митрошин Дмитрий Германович, Пешехонов Алексей Анатольевич, Рудакова Ирина Викторовна, Чернуха Максим

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MULTIFUNCTIONAL PNEUMATIC SYSTEMS FOR BULK MATERIALS AUTOMATIC BATCHING, SUPERVISION AND FLOW CONTROL

The paper considers innovative methods and technologies for granular bulk materials automatic batching, measuring and amount and flow controlling. Both power and control impacts on the material are carried out with gas variable flow. The presented systems make it possible to solve both technological and control problems simultaneously. It is shown, that the time-pulse flow control is optimal for the system

Текст научной работы на тему «МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ»

УДК 681.532.3, 681.511.44

Dmitriy G. Mitroshin, Alexey A. Peshekhonov, Irina V. Rudakova, Maksim Chernukha

MULTIFUNCTIONAL PNEUMATIC SYSTEMS FOR BULK MATERIALS AUTOMATIC BATCHING, SUPERVISION AND FLOW CONTROL

St Petersburg State Institute of Technology (Technical University), Moskovsky Pr., 26, St Petersburg, 190013, Russia. e-mail: alanpeshekhonov@mail.ru

The paper considers innovative methods and technologies for granular bulk materiaSs automatic batching, measuring and amount and flow controlling. Both power and control impacts on the material are carried out with gas variable flow. The presented systems make it possible to solve both technological and control problems simultaneously. It is shown, that the time-pulse flow control is optimal for the systems.

Keywords: granular bulk materials, automatic control, automatic batchers, flow meters, time-pulse control.

001 10.36807/1998-9849-2020-53-79-65-80-86

Гибридные методы и средства контроля и управления в автоматизированных технологических комплексах

Системы автоматического управления технологическими процессами в таких отраслях промышленности как, химическая, пищевая, фармацевтическая, металлургическая производство строительных материалов, сельхозиндустрия часто решают задачи, связанные с регламентацией количества сыпучего материала различного гранулометрического состава и физических свойств. Технической базой таких систем служат средства контроля параметров процесса, регулирующие устройства и системы физической реализации управляющих воздействий, реализуемых в виде переменного количества вещества или энергии, направляемого в технологические аппараты. Всесторонний тщательный анализ совокупности системы и объекта управления показывает, что далеко не всегда разработчики в достаточной степени полно используют внутренние свойства и характеристики самих технологических объектов, использование которых может

Митрошин Д.Г., Пешехонов А.А., Рудакова И.В., Чернуха М.

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ДОЗИРОВАНИЯ, КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Санкт-Петербургский государственный технологический институт (технический университет), Московский пр., 26, Санкт-Петербург, 190013, Россия e-mail: alanpeshekhonov@mail.ru

В статье рассматриваются новые способы и технические реализации автоматических систем дозирования, измерения и регулирования количества и расхода зернистых сыпучих материалов. Как силовое, так и управляющее воздействие на материал осуществляется переменным расходом газа. Представленные системы позволяют решать одновременно технологические задачи и задачи управления. Показано, что оптимальным для них является времяимпульсное управление расходом материала.

Ключевые слова: зернистые сыпучие материалы, автоматическое регулирование, автоматические дозаторы, расходомеры, времяимпульсное управление.

Дата поступления -10 марта 2020 года

существенно упростить конфигурацию системы автоматизации без потери качества управления, при этом повысить уровень экологической безопасности, а также снизить капитальные и эксплуатационные затраты. При синтезе автоматических систем регулирования (АСР) технологическими объектами учитывается степень самовыравнивания и формируется структура регулятора с учетом инерционности и запаздывания, то есть задача управления решается в основном алгоритмически. Однако некоторые элементы технологического оборудования уже при минимальном оснащении устройствами автоматики сами могут обеспечить, наряду с решением технологических задач, выполнение ряда функций контроля и управления. В качестве практических примеров таких решений можно привести

- саморазгрузку сушильного аппарата с кипящим слоем, из которого, по мере высыхания частиц сыпучего материала (СМ), происходит их естественный унос отработанным сушильным агентом в устройства отделения твёрдой фазы (циклоны и фильтры);

- применение сепараторов, например, в процессе помола цемента, в качестве датчиков тонкости помола, в которых используется зависимость тока привода вентилятора от крупности частиц первично размолотого материала [1];

- применение дозаторов жидкостей в качестве датчиков расхода и исполнительных устройств (ИУ) в АСР [2];

- применение дискретных автоматических дозаторов сыпучих материалов в качестве расходомеров, для расфасовки готовых продуктов, в качестве ИУ АСР расхода СМ, а также, как ИУ АСР других технологических параметров [3];

- применение вертикальных пневмока-мерных питателей для СМ [4] одновременно и раздельно в качестве питателя с непрерывным изменением выходного расхода СМ, пневматического подъёмника [5], дискретного дозатора [6], демпфирующей ёмкости и промежуточного склада.

Приведённые примеры могут рассматриваться как применение синергетического подхода к созданию автоматизированных технологических комплексов, а такое оборудование можно назвать гибридным. Применительно к перечисленным техническим системам синергизм проявляется в том, что объединение в одном из элементов технологической схемы средств решения технологической задачи и функций управления, придаёт системе новое качество.

Основной акцент в данной работе сделан на технологических возможностях вертикального пневмо-камерного питателя (ВПП) и его модификациях, выполняющих функции управления, стабилизации и контроля технологических параметров процессов при минимальном изменении конструкции самого питателя и сохранении базовой основы его принципа действия.

Актуальность исследуемой

темы

Вопросам совершенствования методов и средств физической реализации управляющих воздействий в АСР разработчики уделяют неоправданно мало внимания. Недооценка влияния параметров исполнительной части систем регулирования на работу системы в целом может привести к недопустимым изменениям показателей качества переходных процессов вплоть до потери устойчивости замкнутой АСР. Особенно проблемными в этом отношении являются АСР, в которых управляющим воздействием служит переменный расход сыпучих материалов (СМ). Управление расходом СМ в большинстве систем регулирования параметров технологических процессов осуществляется технически сложными механическими питателями или дозаторами [7], имеющими большое число кинематических пар, работающих в условиях контакта с мелкими фракциями материалов, в которых частицы, в большей или меньшей степени, обладают абразивными свойствами. Недостаточная герметичность исполнительных устройств приводит к тому, что перемещаемый материал подвергается воздействию параметров внешней среды, в частности, влажности, негативно влияющей на его свойства и характеристики. Мелкие фракции материала проникают во внешнюю среду, загрязняя атмосферу и создавая некомфортные условия для работы персонала. Обратная связь в механических питателях обычно организуется по косвенным параметрам, например, по числу оборотов привода

рабочего органа, осуществляющего непосредственное воздействие на материал, в результате чего появляется дополнительная погрешность по расходу. В дозаторах, где используется обратная связь непосредственно по количеству СМ, чаще всего применяется весовой метод дискретного дозирования, который, по общепринятому мнению, обеспечивает погрешность на порядок меньше, чем при объёмном дозировании [8]. Однако большинство СМ гигроскопичны, и влияние влажности на вес отмеренных доз также вызывает существенную погрешность дозирования.

В качестве ИУ АСР с регулирующим воздействием в виде переменного расхода СМ может эффективно использоваться пневматическое оборудование, обладающее рядом серьёзных преимуществ по сравнению с механическими системами. Показано [9], в том числе, что пневматическое объёмное дозирование и управление расходом СМ позволяет достичь точности, аналогичной результатам, получаемым с помощью весовых систем, работающих в условиях малых возмущений. Кроме того, наряду с повышенной надёжностью, экологической и технологической безопасностью, разработанные пневматические средства регламентации количества и расхода СМ, обладают возможностью, без кардинальных изменений принципа действия и конструктивной реализации, одновременно выполнять несколько функций, соответствующих решению как технологических, так и управленческих задач.

Вертикальный пневмокамер-ный питатель - базовая конфигурация

ВПП представляет собой ёмкость с подсоединёнными к ней загрузочным материалопроводом, выпускным стволом и воздуховодом (рис. 1).

0,4 0,8 Рк.отн.ед

Рис. 1. Схема и расходная характеристика ВПП

По воздуховоду в камеру с расходом нагнетается воздух или инертный газ, если недопустимо окисление СМ. В ёмкости воздух смешивается с материалом, и двухфазная смесь выносится по выпускному стволу, аэродинамическое сопротивление которого меньше сопротивления загрузочного материалопрово-да (ЗМП). На выходе из ствола происходит падение давления, в результате чего смесь разделяется на твёрдую и газовую фазы. Расход материала на выходе питателя зависит от давления в ёмкости РК на входе в выпускной ствол. Давление РК служит косвенным параметром, по которому осуществляется управление

расходом материала [4], причём перемещение материала по выпускному стволу начинается при таком значении давления, при котором скорость воздуха на входе в выпускной ствол достигает скорости витания частиц СМ. Максимальная величина давления в смесительной ёмкости ограничена значением, при котором СМ из ЗМП под действием силы тяжести свободно заполняет ёмкость по мере выноса материала через выпускной ствол. Расходная характеристика питателя РМ(Рк), полученная экспериментально (рис. 1), нелинейна, и имеет максимум, наличие которого объясняется возрастанием сопротивления выпускного ствола при увеличении объёмной концентрации частиц в двухфазном потоке свыше определённого значения. Далее приведены результаты обработки экспериментов, выполненных для зернистых сыпучих материалов шарообразной и вытянутой формы с определяющим размером частиц от 0,2 до 4,5 мм и плотностью 1300 -1400 кг/м3. В рассмотренном режиме ВПП может выполнять функцию самостоятельной АСР расхода сыпучего материала или служить ИУ АСР технологического параметра, зависящего от подачи в аппарат переменного количества сыпучего материала. ВПП имеет повышенную по сравнению с механическими питателями надёжность, т.к. полностью герметичен и в нем отсутствуют подвижные элементы, контактирующие с СМ. Исполнительное устройство ВПП может размещаться в помещении, имеющем категорию пожаро- и взрыво-опасности, отдельно от воздуходувного агрегата, соединённого с ним воздуховодом. Управление расходом материала по величине давления в смесительной ёмкости осуществляется либо изменением производительности воздуходувного агрегата, либо с помощью дроссельного клапана, установленного на воздуховоде.

Если давление в смесительной ёмкости поддерживать, на значении большем, чем то, при котором материал из ЗМП свободно вытекает в неё без изменения конструкции, ВПП будет выполнять функции дискретного объёмного дозатора СМ. В этом варианте динамическая составляющая давления воздуха, уходящего в незначительном количестве в ЗМП и далее в расходный бункер, должна быть такова, чтобы удерживать частицы в ЗМП до полного опорожнения смесительной ёмкости. Материал выносится из ёмкости с постоянной скоростью в виде практически прямоугольного импульса расхода, в связи с чем устройство обозначено аббревиатурой ДфС - дозатор с фиксированной скоростью истечения. После опорожнения камеры и выпускного ствола давление в них падает, и материал по ЗМП вновь заполняет камеру, причём объём образовавшейся постоянной дозы определяется объёмом ёмкости и углом естественного откоса материала [10]. Некоторым недостатком ДФС, которого лишено следующее техническое решение, можно считать необходимость иметь ЗМП такой высоты, которая при максимальной величине давления в мерной ёмкости обеспечивает минимум скорости воздуха, выходящего через поверхность материала в расходном бункере.

Вакуумные дозаторы сыпучих материалов

С целью уменьшения габаритов автоматического дозатора и снижения усилий при физическом воздействии на СМ разработаны устройства дискретного дозирования, в которых движущая сила создаётся

за счёт атмосферного давления, действующего на материал после откачивания воздуха из мерной ёмкости - дискретные вакуумные дозаторы [11]. На рис. 2а представлена схема бесклапанного дискретного вакуумного дозатора, который работает следующим образом. При закрытом воздушном клапане 7 из мерной ёмкости через трехходовой клапан 6 при помощи воздуходувного агрегата 5 откачивается воздух, вследствие чего материал из расходной ёмкости 8 под действием внешнего, в простейшем случае атмосферного, давления заполняет ёмкость. В момент, когда масса материала перекрывает снизу фильтр-решётку 9, над ней в воздуховоде происходит скачок разрежения, который фиксируется вакуум-реле 10. По сигналу от вакуум-реле блок управления 12 открывает связь с атмосферой через клапаны 6 и 7 и материал под действием силы тяжести вытекает из мерной ёмкости.

б

Рис. 2. Вакуумные системы управления расходом СМ на базе бесклапанного дискретного вакуумного дозатора (а) и контроля расхода при помощи вакуумного расходомера СМ (б): 1 - мерная ёмкость; 2 - загрузочный патрубок; 3 - воздуховод;

4 - разгрузочный патрубок; 5 - воздуходувный агрегат; 6 - трёхходовой клапан; 7 - воздушный клапан, 8 - расходная ёмкость; 9 - фильтр-решётка; 10 - вакуум-реле; 11 - секундомер; 12 - блок управления.

а

Запирание выпускного трубопровода 4 при наборе дозы происходит за счёт падения давления на нём при течении воздуха из атмосферы, возникающем вследствие создания разрежения в мерной ёмкости. Для достижения устойчивости этого эффекта необходимо, при данной мощности всасывающего воздуходувного агрегата, обеспечить достаточную величину аэродинамического сопротивления выпускного ствола 4, уменьшая его диаметр и/или увеличивая длину. Для обеспечения свободного гравитационного истечения материала при выдаче дозы, уменьшение диаметра возможно лишь до значения, не меньше 6-8 определяющих размеров самой крупной частицы материала, в связи с чем, увеличение сопротивления, в основном, достигается за счёт длины выпускного трубопровода. Гравитационное истечение в ряде производственных задач не обеспечивает достаточной скорости истечения материала, поэтому разработан вакуум-напорный дискретный дозатор, быстродействие которого удалось повысить в 8-10 раз по сравнению с прототипом за счёт того, что выдача дозы осуществляется под давлением воздуха из входящего в систему воздуходувного агрегата [3].

Вакуумный расходомер сыпучих материалов

На приведенном выше принципе действия основано также устройство для периодического измерения расхода СМ [12]. Схема расходомера представлена на рис. 2б. Принцип действия расходомера заключается в том, что сыпучим материалом, непрерывно текущим через вертикальный участок транспортного трубопровода, заполняют мерную ёмкость 1, которая представляет собой часть этого трубопровода. Заполнение происходит из загрузочного патрубка 2 в результате откачивания из ёмкости 1 воздуха по воздуховоду 3. Опорожнение ёмкости происходит через разгрузочный патрубок 4. Воздух откачивают путем подключения воздуховода к линии вакуума через воздушный клапан 7 В момент подключения секундомер 11 начинает отсчёт времени, который прекращается при окончании заполнения ёмкости по сигналу от вакуум-реле 10, подключённому к воздуховоду над фильтром-решёткой 9. Длительность промежутка времени А/, за который происходит заполнение ёмкости однозначно связано с величиной расхода материала, проходящего по трубопроводу:

Ом = к А/ (1)

где к - функция величины разрежения (- Р) гранулометрического состава и плотности частиц твёрдой фазы. Расчёт расхода СМ по формуле (1) с учетом поправок по плотности, температуре и т.д. производится в блоке управления 12, выходной сигнал которого управляет также включением и обнулением секундомера.

Вертикальный пневматический питатель как гибридное оборудование

В качестве показательного примера, иллюстрирующего применение ВПП, включённого в контур автоматизированной технологической цепочки, и выполняющего при этом несколько разноплановых функций, приведена модернизация системы управления процессом двухстадийного тонкого помола в производстве цемента [13]. Такой способ организации помола используется для получения высокопрочного цемента и реализуется в технологической линии из последовательно установленных двух трубных мельниц открытого цикла. В первой, многокамерной, мельнице предварительного помола, материал измельчается до удельной поверхности 2500-3000 см2/г по Блейну, во второй - однокамерной мельнице тонкого помола, достигается величина удельной поверхности до 6000 см2/г. Такой помол энергетически выгоднее помола в замкнутом цикле. Однако, в трубных мельницах практически единственным каналом управления процессом помола является изменение расхода загружаемого материала по уровню загрузки мельницы, который определяется при помощи вибрационного датчика, установленного на первой цапфе мельницы. Этот контур служит основой для организации более сложных многоконтурных АСР, в частности, с контролем тонкости помола по нагрузке сепаратора [1]. В рассматриваемом примере практически невозможно управление загрузкой мельницы тонкого помола, поскольку количество первично размолотого материала, поступающего на вход мельницы тонкого помола, переменно и не определено, т.к. зависит от ряда возмущающих факторов, сопровождающих процесс. В результате мельница тонкого помола остаётся неуправляемой. В соответствии с продвигаемой концепцией применения гибридного оборудования, между мельницами предлагается установить ВПП, как показано на рис. 3.

ИСХОДНЫП MATEPILV1

МЕЛЬНИЦА 1

2 г

Рис. 3. Принципиальная схема модернизации процесса двухстадийного помола с применением гибридного оборудования: 1 - ленточный дозатор сырья; 2 - управляемый ВПП

Смесительная ёмкость ВПП 2 в этом случае служит демпфером расхода СМ, аккумулирующим переизбыток материала, выгружаемого из мельницы I, и усредняющим его гранулометрический состав за счёт перемешивания в кипящем слое на входе в выпускной ствол. Одновременно ВПП выполняет функции ИУ АСР уровня загрузки первой камеры мельницы II тонкого помола. Таким образом, применение гибридного оборудования обеспечивает полную управляемость процесса сверхтонкого помола.

Обобщением изложенного выше материала является сводная таблица с перечислением функциональных возможностей, автоматических систем, разработанных на базе одноёмкостного ВПП.

Функциональное назначение способа Наименование устройства Способ управления

расходом газа расходом СМ

1. Непрерывная или е импульсная АСР расхода СМ 2. ИУ АСР параметров технологического процесса 3. Измерение расхода СМ Бесклапанный ВПП Дроссельный или объёмный Непрерывное Дискретное с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), или релейно-импульсное

1. Импульсная АСР расхода СМ 2. ИУ АСР параметров технологического процесса 3. Измерение интегрального расхода СМ Бесклапанный ДФС Дискретный вакуумный дозатор (ДВД) с бесприводным клапаном Бесклапанный ДВД Дроссельный или объёмный Дискретное с частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ)

Бесклапанный дискретный вакуум-напорный дозатор Дроссельный

1. Импульсная АСР расхода СМ 2. ИУ АСР параметров технологического процесса Бесклапанный дискретный вакуумный дозатор с регулируемой дозой Дроссельный или объёмный Дискретное с ЧИМ или амплитудно-частотно-импульсной модуляцией

Измерение расхода СМ Непрерывный расходомер СМ Дроссельный или объёмный -

Дискретный расходомер СМ Дроссельный

Статические характеристики пневматического питателя

Физической базой для всех перечисленных пневматических элементов регламентации количества и расхода СМ является наличие двухфазного потока «газ - сыпучий материал», параметры которого определяют расход СМ (твёрдой фазы) В качестве входного управляющего воздействия в ИУ ВПП служит расход несущего газа (чаще всего, воздуха) . Феноменологическое уравнение, определяющее величину объёмного расхода СМ в двухфазном потоке, перемещающемся по выпускному стволу, можно записать в виде:

<2м = им ■ ^тр ' ау (2)

где им - средняя скорость частиц материала в двухфазном потоке; - площадь проходного сечения трубопровода; ау - объёмная концентрация твёрдой фазы в потоке.

Учитывая, что скорость несущего воздуха V б

больше скорости частиц на некоторую величину, запишем: = ув- Ау и подставив это уравнение в

(2), вместо скорости воздуха будем рассматривать его расход. Считая объём, занимаемый в выпускном стволе твёрдой фазой пренебрежимо малым (до 4-5 %) по сравнению с объёмом воздуха, получим:

ЯМ = (<2б - ^ТР -Ау)'ау (3)

В уравнении (3) разность скоростей газа и твёрдого компонента, а также объёмная концентрация твёрдого компонента в двухфазной смеси являются функциями расхода, причём для ВПП последняя зависимость имеет неочевидный характер. Совмещение экспериментально полученной расходной характеристики ВПП и характеристики по расходу несущего воздуха в зависимости от давления воздуха (рис. 4), приводит к парадоксальному выводу о несоблюдении причинно-следственной связи между побудителем движения (расходом воздуха) и движимым субстратом - частицами твёрдого материала. На начальном и среднем участках расходной характеристики увеличение расхо-

да материала опережает увеличение расхода воздуха. Анализируя уравнение (3), следует сделать вывод, что причиной этого явления может быть только возрастание объёмной концентрации ау твёрдых частиц в

двухфазном потоке, происходящее за счёт роста числа частиц, захватываемых воздухом из смесительной камеры при увеличении его расхода.

Рис. 4. Экспериментальные статические характеристики ВПП

Поскольку зависимости Ау(Об ) и ау(<2в) не

известны, но могут быть определены экспериментальным путём, для ряда пневматических дозирующих устройств получены регрессионные уравнения, на основании которых сформулирована и решена задача многокритериальной оптимизации режима дозирования, обеспечивающего минимум энергозатрат на пневматическое перемещение материала, минимум погрешности дозирования, максимум производительности и выполнение ряда других требований к обеспечению эффективности эксплуатации [3, 9]. Величина давления Рк, при котором обеспечивается достижение единого решения по всем критериями оптимальности, определяет соответствующую величину расхода

несущего воздуха ^. Технологические особенности

задачи загрузки сыпучих компонентов, а также целесообразность стабилизации давления несущего воздуха в камере на рассчитанном оптимальном значении, приводят к необходимости применения в рассматриваемых системах управления расходом СМ методов вре-мяимпульсной модуляции: частотно-импульсной (ЧИМ) для ДФС и ДВД, широтно-импульсной (ШИМ) или комбинированной времяимпульсной модуляции (КВИМ) для ВПП.

Имитационное моделирование АСР с вертикальным пневмокамерным питателем

Структура АСР технологического параметра X, величина которого стабилизируется в заданных пределах за счёт импульсной подачи СМ с постоянным расходом в пределах импульсов, приведена на рис. 5.

зультаты моделирования переходного процесса в АСР с комбинированной ВИМ.

х,

отн 1

ед.

к

/

отн.ед.-0,8 0.6 0,4 0,2 0 _

\_J

Рис. 5. Структура времяимпульснойАСР

Предварительно для заданной конструкции ВПП и технологического режима по методике, изложенной в [9], была определена оптимальная амплитуда импульсов расхода, обеспечиваемая стабилизацией давления в камере Р . Физическая реализация управляющего воздействия на технологический объект управления (ТОУ) для регулирования параметра Х моделируется в виде переменных по частоте и длительности импульсов расхода Ом СМ, поступающих от

ВПП. Непрерывный выходной сигнал ц формируется регулятором технологического параметра Рег X и преобразуется в импульсную последовательность ц посредством времяимпульсного модулятора ВИМ. ВПП в рассматриваемой системе представляет собой внутренний замкнутый контур с регулятором давления Рег Р в смесительной камере СК стабилизирующим величину давления р на оптимальном значении. Давление определяет расход материала на выходе из выпускного ствола ВС питателя. В качестве внешнего возмущения f моделируется изменение влажности или гранулометрического состава СМ, сказывающиеся на отклонении расчетного расхода СМ от реального, поступающего в ТОУ за время импульса. Имитационная модель АСР, соответствующая структуре, представленной на рис. 5, выполнена в среде динамического моделирования Simulink интегрированной с системой MatLab. Математическая модель ТОУ аппроксимирована передаточной функцией инерционного звена первого порядка с чистым запаздыванием. В модели учитывается наличие случайных возмущений по величине давления, характерных для свободного и вынужденного движения потока СМ [7]. На рис. 6 показаны ре-

Рис. 6. Результаты имитационного моделирования АСР с комбинированной ВИМ

Временные параметры процессов соответствуют поведению реального ВПП, управляющего расходом зернистого СМ с определяющим размером частиц 2±0,1 мм и плотностью 1350 кг/м3.

Выводы

1. Разработанные бесклапанные системы регламентации количества и расхода СМ практически без изменения конструкции, а только при выборе соответствующих режимных параметров, могут выполнять следующие функции:

- реализовать непрерывное управление параметрами технологических процессов в качестве ИУ АСР этих параметров;

- осуществлять дискретное дозирование СМ параллельно с сушкой и перемешиванием;

- реализовать дискретное управление параметрами технологических процессов в частотно-импульсной и/или в широтно-импульсной форме;

- периодически измерять расход непрерывно текущих гранулированных материалов;

- служить локальной аСр расхода.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Оптимальное функционирование пневматических питателей в качестве ИУ АСР непрерывных технологических параметров обеспечивается при реализации управляющих воздействий в форме импульсов постоянной амплитуды и переменных частоты и/или длительности.

Литература

1. Пешехонов А.А., Куркина В.В. Информационные модели промышленных сепараторов. Сб. трудов МНТК ММТТ-17. Т. 10. Кострома: КГТУ, 2004. С. 23-24.

2. Соколов, М.В., Гуревич А.Л. Автоматическое дозирование жидких сред. - Л.: Химия, 1987. 400 с.

3. Пешехонов А.А., Митрошин Д. Г, Чернуха М. Многофункциональные системы автоматической регламентации количества и расхода гранулированных материалов // Молодежная школа по проблемам управления в технических системах им. А.А. Вавилова. Санкт-Петербург, 1.11.2019, Сб. докладов. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2019. С. 51-53.

4. Пешехонов А.А. Способ автоматического управления непрерывным расходом сыпучих материа-

лов и устройство для его осуществления: пат. 2554327 Рос. Федерация. № 2014115766/28; заявл. 18.04.2014; опубл. 27.06.2015. Бюл. №18.

5. Дуда В. Цемент. Электрооборудование, автоматизация, хранение, транспортирование: справ. пособие. М.: Стройиздат, 1987. 372 с.

6. Пешехонов А.А., Зайцев Р.В. Импульсное автоматическое управление с регулируемой подачей сыпучих материалов в непрерывных технологических процессах // Известия СПб ГТИ(ТУ). 2011. № 12. С. 7579.

7. Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л.: Химия, 1990. 240 с.

8. Першина С.В., Каталымов А.В., Однолько В.Г., Першин С.Ф. Весовое дозирование зернистых материалов. М.: Машиностроение, 2009. 260 с.

9. OkrepHov V.V., Peshekhonov A.A., Chernikova, A. V,, Rudakova I. V. Batching Actuator Device for Granular Material: Innovative Methods and Systems // Measurement Techniques. 2019. Vol. 61, No. 11. Р.1074-1080.

10. Пешехонов А.А., Зайцев Р.В. Способ объёмного дозирования сыпучих материалов и устройство для его осуществления: пат. 2503932. Рос. Федерация. № 2011151939/28, заявл. 19.12.2011; опубл. 10.01.2014. Бюл. № 1.

11. Пешехонов А.А., Рудакова И.В. Способ автоматического дозирования сыпучих материалов и устройство для его осуществления: пат. 2620905 Рос. Федерация. № 2016121599, заявл. 31.05.2016; опубл. 30.05.2017. Бюл. №16.

12. Пешехонов А.А., Митрошин Д.Г. Способ периодического измерения непрерывного расхода сыпучих материалов и устройство для его осуществления: пат. 2704634 Рос. Федерация. № 2018142738, заявл. 03.12.2018; опубл. 30.10.2019. Бюл. № 31.

13. Дуда В. Цемент. Т. 1. М.: Стройиздат, 1981.

464 с.

References

1. Peshekhonov A.A., Kurkina V.V. Infor-macionnye modeli promyshlennyh separatorov. Sb. trudov MNTK MMTT-17. T.10.: Kostroma. KGTU, 2004. S. 23-24.

2. Sokolov, M.V., Gurevich A.L. Avtomaticheskoe dozirovanie zhidkih sred. L.: Himiya, 1987. 400 s.

3. Peshekhonov A.A,, Mitroshin D.G., CHernuha M. Mnogofunkcional'nye sistemy avtomaticheskoj reglam-entacii kolichestva i raskhoda granulirovannyh materialov // Molodezhnaya shkola po problemam upravleniya v tekhnicheskih sistemah im. A.A. Vavilova, 1.11.2019. Sb. Dokladov. SPb.: SPbGETU «LETI», S. 51-53.

4. Peshekhonov A.A. Sposob avtomaticheskogo upravleniya nepreryvnym raskhodom sypuchih materialov i ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya: pat. 2554327 Ros. Federaciya. № 2014115766/28; zayavl. 18.04.2014; opubl. 27.06.2015. Byul. №18.

5. Duda V. Cement. Elektrooborudovanie, avtom-atizaciya, hranenie, transportirovanie [Tekst]: spravochnoe posobie. M.: Strojizdat, 1987. 372 s.

6. Peshekhonov A.A., Zajcev R. V. Impul'snoe avtomaticheskoe upravlenie s reguliruemoj podachej sypuchih materialov v nepreryvnyh tekhnologicheskih pro-cessah // Izvestiya SPb GTI(TU). 2011. № 12. S. 75-79.

7. KatalymovA.V., Lyubartovcch V.A. Dozirovanie sypuchih i vyazkih materialov. L.: Himiya, 1990. 240 s.

8. Pershina S.V., Katalymov A.V., Odnol'ko V.G., Pershin S.F. Vesovoe dozirovanie zernistyh materialov. M.: Mashinostroenie, 2009. 260 s.

9. OkrepHov V.V., Peshekhonov A.A., Chernikova, A. V., Rudakova I. V. Batching Actuator Device for Granular Material: Innovative Methods and Systems // Measurement Techniques. 2019. Vol. 61. No. 11. P. 1074-1080.

10. Peshekhonov A.A., Zajcev R.V. Sposob ob"yomnogo dozirovaniya sypuchih materialov i ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya: pat. 2503932. Ros Federaciya. № 2011151939/28, zayavl 19.12.2011; Opubl. 10.01.2014 Byul. № 1.

11. Peshekhonov A.A., Rudakova I.V. Sposob avtomaticheskogo dozirovaniya sypuchih materialov i ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya: pat. 2620905. Ros. Federaciya. № 2016121599, zayavl. 31.05.2016; opubl. 30.05.2017. Byul. №16.

12. Peshekhonov A. A., Mitroshin D.G. Sposob pe-riodicheskogo izmereniya nepreryvnogo raskhoda sypuchih materialov i ustrojstvo dlya ego osushchestvleniya: pat. 2704634. Ros. Federaciya. № 2018142738, zayavl. 03.12.2018; opubl. 30.10.2019. Byul. № 31.

13. Duda V. Cement. T. 1. M.: Strojizdat, 1981.

464 s.

Сведения об авторах:

Митрошин Дмитрий Германович, аспирант, каф. автоматиззации процессов химической промышленности, Dmitriy G. Mitroshin, Postgraduate student, Department of Processes Automation in Chemical Industry, e-mail: mitroshindg@yandex.ru

Пешехонов Алексей Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, каф. автоматизации процессов химической промышленности, Alexey A. Peshekhonov Ph. D. (Eng.), associated professor Department of Processes Automation in Chemical Industry e-mail: alanpeshekhonov@mail.ru

Рудакова Ирина Викторовна, канд. техн. наук, доцент, каф. автоматизации процессов химической промышленности; IrinaV. Rudakova, Ph. D. (Eng.), associated professor Department of Processes Automation in Chemical Industry, e-mail: riv-lilu@yandex.ru

Чернуха Максим, магистрант, каф.автоматизации процессов химической промышленности; Maksim Chernuha, Master student, Department of Processes Automation in Chemical Industry, e-mail: cernuha@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.