Автоматизация процесса производства силикатного кирпича

     Кондуктометрические измерители влажности основаны на измерении электрической проводимости материала. Влагосодержащие материалы, являясь в сухом виде диэлектриками, в результате увлажнения становятся проводящими. Удельное сопротивление влажных материалов изменяется в зависимости от содержания влаги в чрезвычайно широком диапазоне, охватывающем 9-12 порядков.   

     Принцип работы диэлькометрических измерителей  влажности основан на зависимости  диэлектрической проницаемости  материала от его влажности (т.к. диэлектрическая проницаемость  воды во много раз выше, чем у  большинства материалов, способных  поглощать влагу, то диэлектрическая  проницаемость влажного материала  дает достоверную информацию об его  влажности). По этому методу измеряют ёмкость датчика, заполненного исследуемым  материалом (для сыпучих), или ёмкость  датчика помещённого на измеряемую поверхность (для твёрдых материалов).  

     К достоинствам диэлькометрических измерителей  влажности следует отнести контроль влажности в широком диапазоне  с высокой точностью, оперативность  измерений, отсутствие повреждений  на измеряемой поверхности после  измерений. К недостаткам - невозможность  с высокой точностью контролировать остаточную влажность менее 1…0,5%, но, например, для строительных материалов и древесины такой необходимости  нет.

     В данном процессе целесообразно использовать  диэлькометрический поточный влагомер МИКРОРАДАР -113 К-1.

     Назначение: измерение влажности песка, пресс-порошка, силикатной массы, сыпучих и пластичных материалов  на конвейерных лентах и в бункерах.

     Техническая характеристика:

     диапазон измерения влажности: от 2 до 12 %;

     чувствительность – 0,1%;

     инструментальная погрешность измерения влажности - 0,2%;

     погрешность измерения влажности, с учетом погрешностей пробоотбора и образцового метода 0,5 %

     Влагомер  обеспечивает круглосуточный непрерывный режим работы и сохраняет работоспособность при напряжения питания (187:242) В.  
Потребляемая мощность влагомера: не более 50 В*А.

     Исполнение  пылевлагозащитное (IP 54). Аналоговый выход 4-20 мА, связь с компьютером по шине RS485.

     Принцип действия влагомеров основан на измерении  величины поглощения СВЧ энергии  влажным материалом и преобразовании этой величины в цифровой код, соответствующий  влажности материала. Влагомеры  обеспечивает автоматическую коррекцию  результатов измерения при изменении  температуры материала, имеет токовый  выход и последовательный канал  связи с ЭВМ RS-485.

     Сигнал  сенсоров поступает в микропроцессорный  блок обработки, в котором происходит вычисление влажности. Величина влажности  показывается на индикаторном табло  микропроцессорного блока и преобразуется  в аналоговые выходы 4-20 мА и 0-2.5 В. По каналу RS485 влажность, температура и сигналы сенсоров могут передаваться в компьютер.

     В качестве вторичного прибора  используем показывающий и регистрирующий прибор Диск-250ДД 1051.

     Основная  погрешность ±0,5% по показаниям и  преобразованию; ±1,0% по регистрации, регулированию  и сигнализации.

     Быстродействие: 5 с, 16с.

     Прибор  воспринимает токовый выходной сигнал от датчиков избыточного давления, уровня, перепада давлений и других, имеет встроенные источник питания (БП) датчиков с U=36В и Iн=50мА и устройство корнеизвлечения (БК).

 
 

     2.1.6 Измерители веса

     Тензометрический  датчик (тензодатчик) — это прибор для измерения деформации различных конструкций. Существует множество способов измерения деформаций: тензорезистивный, оптико-поляризационный, волоконно-оптический, или простым считыванием показаний с линейки механического тензодатчика. Среди электронных тензодатчиков, наибольшее распространение получили тензорезистивные датчики.

     Тензорезистивный  датчик обычно представляет собой /11/ специальную упругую конструкцию с закреплённым на ней тензорезистором и другими вспомогательными деталями. После калибровки, по изменению сопротивления тензорезистора можно вычислить степень деформации, которая будет пропорциональна силе, приложенной к конструкции.

     Существуют  разные типы датчиков: датчики силы (измеряет усилия и нагрузки); датчики давления (измерение давления в различных средах); акселерометры (датчик ускорения); датчики перемещения; датчики крутящего момента.

     Наиболее  типичным применением тензодатчиков  являются весы.

     Принцип измерения веса при помощи тензодатчиков  основан на уравновешивании массы  взвешиваемого груза с упругой  механической силой тензодатчиков  и последующего преобразования этой силы в электрический сигнал для  последующей обработки.

     Многие  тензодатчики обладают определённой степенью защиты от пыли и влаги.

     В данном процессе будем использовать дозатор конвейерный непрерывного действия М8401, предназначенный для непрерывного дозирования и суммарного учета легкосыпучего продукта других мелкогранулированных и порошкообразных продуктов. Рекомендуется для весового дозирования мелкодисперсных кусковых и пылящих материалов. В процессе работы конвейерного дозатора происходит непрерывное взвешивание материала, проходящего над весоизмерительным устройством, а также измерение скорости движения ленты. На основании полученных данных управляющий контроллер рассчитывает текущую производительность дозатора и, при необходимости, изменяет скорость движения ленты для устранения отклонения от заданного значения

       Технические характеристики: наибольший  предел производительности (НПП)  1...200 т/час, предел допускаемой  погрешности дозирования – ±1% от заданной производительности, наименьший предел производительности (НмПП) - 2% от НПП (диапазон дозирования  1:50), аналоговый выход для измеренной  производительности 4-20мА.

       В качестве вторичного прибора используем показывающий и регистрирующий прибор Альфалог-100 со шкалой в процентах, класс точности 0,5; аналоговый выход (программируемый): ток 4…20мА; ток 0…20мА; напряжение 0…10В. Три входных управляющих ключа (24В,  5мА).

     2.1.7 Датчики положения

     Датчики положения предназначены для бесконтактного или контактного определения положения объекта, индикации его попадания в зону срабатывания и выдачи релейного или аналогового сигнала, пропорционального расстоянию до объекта.

     1) Индуктивные датчики положения реагируют на металлические объекты (например, положение штока клапана или зуб шестерни).  
Типовые характеристики:

     - Диаметр датчика, мм 8 ……..30

     - Зона срабатывания, мм 1 ……..15 (до 40)

     - Аналоговый (Ф18): 4…20мА, 0,5 ……5мм

     2) Магнитные тахометрические  датчики положения предназначены для точного определения частоты вращения вала по меткам (зубьям) на шестерне.  

     Типовые характеристики:

     - Диаметр датчика, мм 16 …...…18

     - Частота меток, кГц 0,1 ……..20

     3) Емкостные датчики положения используют, как правило, для обнаружения объектов из диэлектрических материалов.

     Типовые характеристики:

     - Диаметр датчика, мм 12 ……..30

     - Зона срабатывания, мм 2 ……..15

     4) Ультразвуковые датчики положения могут определять любые объекты из любых материалов. К недостаткам можно отнести наличие мертвой зоны (5…10% от номинала) и относительно высокую стоимость. 
Типовые характеристики:

     - Диаметр датчика, мм 12 ……..30

     - Зона срабатывания, мм 50 ……..1000

     - Аналоговый (Ф18): 4…20мА, 25……150 мм (разрешение 0,05мм)

     5) Механические датчики положения - концевые выключатели, служат для контактной работы с объектом. Многообразие исполнительных головок (рычаги, плунжеры, пружины и.т.д.) и исполнений корпусов (до IP68) позволяет обеспечить надежное срабатывание датчика в сложных условиях эксплуатации.

     В данном процессе будем использовать ультразвуковой датчик UM18-11116, обучаемый. Диаметр резьбы корпуса М18, рабочий диапазон 30-250мм, частота переключений 15Гц, время срабатывания – 32мс, аналоговые выходы 4-20мА или 0-10В, степень защиты IP67, рабочая температура -25…+70^оС.

     В качестве вторичного прибора  используем показывающий и регистрирующий прибор Диск-250ДД. Основная погрешность ±0,5% по показаниям и преобразованию; ±1,0% по регистрации, регулированию и сигнализации.

Сравнительная характеристика методов измерений  представлена в таблице 3.

Таблица 3 – Методы измерения технологических  параметров

Параметр  контроля	Возможные принципы измерения	Основные  характеристики принципа			Технические средства, реализующие принцип	Основные  характеристики
		Диапазон  контроля	Погреш-ность  метода	Возмож-ность  авто-матизации		Диапазон		Погреш-ность
Температура	расширения	(-200÷700)°С	1дел.	–	жидкостные	(-200÷700)°С		±1%
		(-60÷1000)°С	кл.т. 1,5; 2,5	+	дилатометрические	(-30÷1000)°С		±1,5÷2,5%
					биметаллические	(-60÷300)°С		±5%
	манометрические	(-150÷600)°С		+	жидкостные,	(-50÷300)°С
					газовые,	(-150÷600)°C
					конденсационные	(-50÷300)°С
	термоэлектри-ческий	(0÷1800)°С	…	+	платинородий-платина	(0÷300)°С		±0,01 мВ
						(300÷1600)°С		±0,01 мВ
				+	платинородий- платинородий	(300÷1800)°С		±0,01 мВ
				+	вольфрамрений- вольфрамрений	(0÷1000)°С		±0,08 мВ
						(1000÷1800)°С		±0,08 мВ
				+	хромель-алюмель	(-50÷300)°С		±0,16 мВ
						(300÷1300)°С		±0,16 мВ
				+	хромель-копель	(-50÷300)°С		±0,2 мВ
						(300÷800)°С		±0,2 мВ
	термометры  сопротивления	(-260÷750)°С		+	платиновые	(-260÷750)°С		±(0,05÷ 0,2)°С
				+	медные	(-50÷180)°С		±0,1°С
				+	полупроводниковые	(-100÷300)°С
	Пирометричес-кие	300°С ÷6000°С	0,5	+	Пирометры излучения	300°С ÷6000°С		0,5÷2%
Давление	жидкостные	0,101÷7  МПа		–	U-образные -малого	0,05÷0,1 МПа		±2мм
					-низкого	0,5 МПа
					-среднего	5 МПа
					-высокого	более 15 МПа
				–	микроманометры	0÷2,5кПа		±0,1%
				–	барометры	0,101МПа		±0,1мм рт. ст.
	с упругим чувствительным элементом	40 Па ÷ 1000 МПа	кл.т. 1,5; 2,5	+	плоские мембраны
				+	выпуклые мембраны
				+	гофрированные мембраны
				+	неметаллические мембраны
				+	сильфоны - тягомеры  и напоромеры - вакуум - абсолютное - избыточное - перепад	±40 кПа  -0,1 МПа 2,5 МПа 6 МПа 0,25 МПа		±1,5% ±2,5%
	Трубчатые пружины	-0,1 ÷ 1000 МПа		+	пружина Бурдона тонкостенная: - вакуум - избыточное толстостенная: - избыточное	-0,1 МПа 6 МПа  20÷160 МПа
					пружина Нагаткина	100÷1000МПа
	Деформацион-ные	0,06-1000 МПа	±0,2-4%	+	Манометрический		100-1000 МПа	±4%
		0-15 МПа	±2%	+	Мембранный		0-15 МПа	±1%
		0-1000 МПа	0,4; 0,6; 1; 1,5; 2,5; 4	+	Манометры с одновитковой трубчатой пружиной		0-100 МПа	1%
Расход	Постоянного перепада давления	0-2500 л/ч	2,5	+	Ротаметры		0-3000 л/ч	2
	Переменного перепада давления	1-2000 м3/ч	±1	-	Сужающие  устройства		1-2000 м3/ч	±1%
	Электромагнит-ный                                       (индукционный	1-2500 м3/ч	±1-1,5%	+	Электромагнитные  расходомеры		50-2000 м3/ч	±1%
Уровень	Поплавковый	0-20м	±4-10%	+	Минимальный		0-12м	±4%
					Максимальный		0-20м	±10%
	Электрический	4-20 м	кл.т. 2,5	+	Емкостный		4-20м	±2,5%
	Гидростати-                                     ческий	0,1-15м	0,5	+	Манометры		0-105Па	±0,05%
					Дифманометры
Влажность	Прямой метод  измерения		±5%	-				±5%
	Косвенный метод измерения		±10%	+	Кондуктометри-ческие влагомеры			5-10%
					Диэлькометричес-кие  влагомеры			5-10%
Вес	Тензометри-ческий			+	Тензодатчики
Положение	Индуктивный			+	Индуктивные датчики		1-15мм
	Магнитный			+	Магнитные тахометрические датчики
	Емкостный			+	Емкостные датчики		2-15мм
	Ультразвуко-вой			+	Ультразвуковые  датчики		50-1000мм
	Механичес-кий			+	Механические  датчики

 

 

     3 ОПИСАНИЕ СХЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

     Функциональная  схема автоматического контроля технологических параметров представлена на листе 031 графической части проекта, где указаны все выбранные выше приборы. Принцип построения системы контроля данного процесса – двухуровневый. Первый уровень составляют приборы, расположенные по месту, второй – приборы, находящиеся на щите у оператора.

     В производстве силикатного кирпича задачей системы автоматического контроля является контроль: температуры и давления в автоклаве; давление в трубопроводах и прессах; уровень заполнения бункеров; расход воды; влажность силикатной массы;  контроль веса.

     Температура в автоклаве контролируется термометрами  сопротивления типа ТСМ Метран-204 (поз. 1а-4а) с номинальной статической характеристикой – 100М с диапазоном измеряемых температур -50...180°С (для класса допуска С), он преобразовывает температуру в унифицированный выходной сигнал 4-20мА, который подается на вторичный прибор измеритель-регулятор Метран-950 (поз. 1б-4б), диапазон измерений от -50 до 200^оС. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерительного канала  ±0,2%, канала преобразования  ±0,4%

     Давление  в автоклаве, прессах и трубопроводах контролируется датчиком давления Метран-55 (поз. 5а-9а), с пределом измерений: минимальный 0-0.06 МПа и максимальный 0-100 МПа и выходным унифицированным сигналом 4-20мА, который передается на вторичный прибор «Диск-250ДД» (поз. 5б-9б) измеряющий, регистрирующий и сигнализирующий об отклонении давления от заданного значения. Обеспечивает требуемую точность 0.25%.

       Для контроля расхода воды, подаваемой в шаровую и стержневую мельницы используем расходомер переменного перепада давления Метран-300ПР (поз. 10а, 11а) с пределом измерений расхода 0,18-2000м³/ч и выходным сигналом 4-20мА, который передается на вторичный прибор «Диск-250ДД» (поз.10б, 11б) измеряющий, регистрирующий и сигнализирующий об отклонении количества расхода от заданного значения.

     Для контроля уровня засыпаемых веществ в бункеры используем радарный бесконтактный уровнемер типа Rosemount  серии 5600 с параболической антенной  ø18 (поз. 12а-16а) с выходным сигналом: 4–20 мА  с цифровым сигналом на базе HART-протокола, который передается на вторичный прибор измеритель-регулятор технологический Метран-950 (поз. 12б-16б). Преобразует измеряемый параметр в выходной унифицированный сигнал 0-5, 4-20 , 0-20 мА. Пределы допускаемой основной приведенной погрешности измерительного канала  ±0,2%, канала преобразования ±0,4%.