книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

барабана. Сигнал малоинерционной термопары Т3, установлен­ ной в приемном бункере на выходе барабана в специальном лотке, подан на вход корректирующего регулятора Рз-

Система выполнена в виде установки типа УРПС. Производ­ ственные испытания системы показали, что производительность барабана возрастает на 5%, удельный расход топлива на сушку снижается на 1 1 %, уменьшается диапазон колебания влажно­ сти высушенных добавок. Экономический эффект от внедре­

Система автоматического регулирования колосникового холодильника

Колосниковый холодильник предназначен для охлаждения клинкера, выходящего из вращающейся печи. Клинкер посту­ пает на колосниковые решетки холодильника с температурой

Рис. 107. Блок-схема си­ стемы автоматического регулирования колосни­ кового холодильника

до 1300° С. Продвигаясь по колосниковой решетке, клинкер ох­ лаждается воздухом, продуваемым через решетки вентилято­ рами общего и «острого» дутья.

Значительная часть воздуха, нагретого при соприкосновении с клинкером, подается в печь в качестве вторичного воздуха, который используется для сжигания топлива. Остальная часть отсасывается дымососом через аспирационную установку в ат­

мосферу.

Целью автоматизации холодильника является охлаждение клинкера до температуры 50—60° С. При этом для поддержания постоянного теплового режима печи необходима стабилиза­ ция температуры и количества вторичного воздуха, подавае­ мого в печь. Система автоматического регулирования колос­ никового холодильника (рис. 107) включает в себя четыре кон­ тура. Первым контуром является система стабилизации общего расхода воздуха. Общий расход воздуха измеряется дифманометром переменного перепада ДМі. Последний через регули­

170

рующий прибор Рі воздействует с помощью исполнительного механизма ИМі на шибер вентилятора общего расхода воздуха. На регулятор поступает также корректирующий сигнал по тем­ пературе колосников первого ряда 7Ѵ Регулирующий прибор Р2 с помощью исполнительного механизма ИМ2 изменяет расход общего воздуха и воздуха «острого дутья» при отклонении тем­ пературы колосников первого ряда от заданного значения.

Вторым контуром является регулирование давления воздуха под колосниковой решеткой горячей камеры холодильника. Сиг­ нал дифманометра ДМ2, измеряющего давление воздуха под ре­ шеткой холодильника, подается на регулирующий прибор Рз, который воздействует с помощью исполнительного механизма ИМ3 на обмотку возбуждения генератора, изменяющего число оборотов и тем самым скорость решетки. В качестве обратной связи используется сигнал скорости решетки. Система способ­ ствует стабилизации теплосъема с клинкера.

Вследствие того что мелкий клинкер отдает свое тепло быст­ рее, чем крупный, его следует быстрее транспортировать по хо­ лодильнику, а крупный медленнее. При стабилизации общего расхода воздуха давление под решеткой является косвенным па­ раметром крупности клинкера.

В качестве третьего контура используется стабилизация раз­ режения в горячей головке печи. Система поддерживает мини­ мальное разрежение в головке печи с целью уменьшения подсо­ сов холодного воздуха, что улучшает процесс сгорания топлива. Измеряющий величину разрежения в головке печи дифманометр ДМз подключен на вход регулирующего прибора Я4, воздействую­ щего с помощью исполнительного механизма ИМ4 на направ­ ляющий аппарат дымососа аспирационной установки.

Термопары Т2 и Т3, контролирующие температуру вторичного воздуха и температуру клинкера на выходе холодильника, слу­ жат для контроля за качеством работы системы.

Система автоматического регулирования выполнена в виде установки типа «КАРХОЛ». Испытания системы показали, что

тыс. руб. в год, стоимость установки — 9,3 тыс. руб., срок оку­ паемости — 1 год.

Система автоматического регулирования процесса помола при производстве стеновых материалов

Основные требования к процессу помола извести и песка при производстве стеновых материалов характеризуются необходи­ мостью стабилизации тонкости помола и активности смеси при максимальной производительности мельницы.

171

В мельницу открытого цикла (рис. 108) из бункеров тарель­ чатыми питателями подаются комовая известь и песок. Подача песка, составляющая около 1 0 —2 0 % от расхода извести, необ­ ходима для поддержания определенной активности смеси на выходе мельницы.

При ручном управлении процессом получить требуемые каче­ ственные характеристики готовой смеси не представляется воз­ можным, ввиду того что на входе мельницы имеют место не­ прерывные возмущения по количеству подаваемого материала, по гранулометрическому составу и активности комовой изве­ сти. Система автоматического регулирования частично компен­

сирует указанные колебания путем воздействия на суммар­ ный расход исходных компо­ нентов в мельницу и на соот­ ношение между ними.

В качестве промежуточного параметра в системе исполь­ зуется уровень загрузки мате­ риалом первой камеры мель­ ницы. Уровень загрузки конт­ ролируется электроакустиче­ ским устройством, состоящим из датчика М, установленного у обечайки в начале первой камеры мельницы, и усили- тельно-преобразующего блока УПБ. В результате исследова­

тельских работ оказалось, что этот параметр содержит инфор­ мацию о производительности мельницы, размалываемости пода­ ваемых компонентов и активности извести.

Система регулирования включает в себя контроль, дистан­ ционное управление и автоматическое регулирование процессом. Автоматический контроль осуществляется дистанционными ука­ зателями положения и путем записи параметров на диаграмме автоматического потенциометра КСП.

Электроакустический сигнал подается на вход регулирую­ щего прибора Рі, управляющего расходом извести. На вход регулирующего прибора Р2, управляющего расходом песка, по­ дается сигнал от исполнительного механизма ИМи пропорцио­ нальный расходу извести. На те же регулирующие приборы по­ даются сигналы обратной связи от индуктивных датчиков соот­ ветствующих исполнительных механизмов ИМі и ИМг.

Ножи тарельчатых питателей перемещаются пропорциональ­ но изменению сигнала электроакустического датчика. Таким об­ разом, система регулирования поддерживает заданное соотно­ шение между изменением величины электроакустического сиг­ нала и суммарным расходом подаваемых компонентов смеси.

172

Этот способ регулирования удовлетворяет поставленной задаче поддержания заданной тонкости помола. Система одновременно поддерживает соотношение между компонентами смеси — изве­ стью и песком, чем обеспечивается частичная стабилизация ак­ тивности смеси (это можно объяснить тем, что активность из­ вести связана с ее размалываемостью).

Испытания системы регулирования показали возможность увеличения производительности мельницы на 17%, уменьшения колебания тонкости помола и активности смеси на выходе мель­ ницы соответственно в 1,5 и 2,1 раза по сравнению с ручным управлением.

Экономический эффект от внедрения системы составляет 4,2

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ (АСУ)

На ранних стадиях развития промышленности управление процессами осуществлялось вручную. Оператор наблюдал за ходом процесса и с учетом своих индивидуальных способностей управлял регулирующими органами. По мере разработки ин­ формационных приборов объекты оснащались всевозможными датчиками, которые позволяли оператору управлять процессом по более объективным оценкам. С развитием средств автомати­ зации стали использоваться автоматические системы управле­ ния. В основном это были системы стабилизации входных пара­ метров объекта — расхода, уровня, температуры и других. Из­ менились функции оператора — он реже стал вмешиваться в процесс, пользуясь в основном задатчиками систем регули­ рования.

После того как значительно усложнились технологические процессы, появились новые высокопроизводительные агрегаты со значительным числом точек контроля и управления, со вза­ имосвязанными параметрами; управлять ими прежними мето­ дами стало чрезвычайно затруднительно, а подчас и невоз­ можно. Лишь использование средств вычислительной техники с их быстродействием, большим объемом памяти и способностью принимать решения дает возможность качественно управлять процессом.

Использование вычислительной техники освобождает опера­ тора от кропотливой обязанности постоянно следить, не выхо­ дят ли параметры процесса за установленные нормы, не при­ ближается ли агрегат к аварийному состоянию. Однако наиболее важное из свойств вычислительной техники — это способность вести процесс в оптимальном режиме управления, т. е. в таком режиме, при котором максимально повышается производитель­ ность и улучшается качество выпускаемой продукции при мини­ мальных затратах.

173

Последние годы характеризуются бурным развитием средств вычислительной техники и созданием на их базе в промышлен­ ности, в том числе промышленности строительных материалов, автоматизированных систем управления (АСУ). Переход от от­ дельных локальных систем управления, некоторые примеры которых были рассмотрены выше, к созданию АСУ обусловлива­ ется не только разнообразием выпускаемых средств вычисли­ тельной техники, но и подготовленностью алгоритмов управле­ ния технологическими процессами.

Под алгоритмом управления в АСУ понимается такая по­ следовательность арифметических и логических операций, кото­ рая должна быть выполнена машиной над вводимой в нее инфор­ мацией для выработки управляющих воздействий, обеспечива­ ющих ведение технологического процесса в заданном режиме.

Вводимая в машину информация на основе полученных изме­ рений параметров технологического процесса перерабатывается по специальной программе, которая отражает технологическую инструкцию ведения процесса. Инструкция определяет выбор целесообразных управляющих воздействий в различных произ­ водственных ситуациях в соответствии с полученной от датчи­ ков информацией о процессе и известных ограничениях, накла­ дываемых на процесс управления.

Такая программа-инструкция, выраженная языком матема­

цесс преобразования исходных данных в искомый результат. Таким образом, алгоритм обладает свойством определенности.

В цементной промышленности для целого ряда технологиче­ ских агрегатов в результате длительных экспериментально-ис­ следовательских работ разработаны алгоритмы управления, что позволяет перейти в ближайшее время к широкому внедрению автоматизированных систем управления. В других отраслях промышленности, таких, как асбестоцементная, стекольная и ас­ бестовая, масштаб внедрения несколько ниже вследствие неза­ вершенности еще экспериментально-исследовательских работ по созданию основных алгоритмов процесса.

Со временем все новые и наиболее передовые действующие предприятия будут оснащаться системами автоматического уп­ равления с использованием средств вычислительной техники. Однако надо иметь в виду, что создание и внедрение автомати­ зированных систем управления представляет собой сложный комплекс организационно-технических мероприятий, связанных, с одной стороны, с реконструкцией технологического оборудова­ ния, с большими первоначальными капитальными вложениями, со значительными объемами научно-исследовательских и про­

174

и определением объемов информации, с упорядочением норма­ тивно-справочного хозяйства, с переподготовкой и набором до­ полнительных кадров по обслуживанию средств АСУ.

Автоматизированные системы управления относятся к виду сложных систем. Они представляют собой совокупность взаимо­ связанных технических средств, инструкций, математических методов и форм сбора, передачи и переработки информации для рационального управления процессами по установленным алго­

ритмам.

Автоматизированные системы управления характеризуются: а) наличием в системе большой номенклатуры технических средств и, в первую очередь, средств вычислительной техники; б) наличием функциональных (с точки зрения выполняемых функций) подсистем (частей системы), подчиненных общей цели

системы; в) иерархической (многоуровневой) структурой системы и

участием людей в управлении.

1. Средства вычислительной техники

В промышленности строительных материалов, так же как и в других отраслях промышленности, ведутся интенсивные ра­ боты по созданию автоматизированных систем управления на базе средств вычислительной техники, планируется ввод в экс­ плуатацию систем автоматического управления как отдельных переделов (цехов), так и в целом больших предприятий, реша­ ется задача ввода в действие автоматизированных систем пла­ нирования, учета, решения сложных технико-экономических за­ дач.

Все многообразие средств вычислительной техники можно ус­ ловно представить в виде:

а) машин централизованного контроля; б) цифровых вы­ числительных машин; в) управляющих вычислительных машин.

Для управления сложными технологическими процессами, которые характеризуются большим числом взаимосвязанных, параметров, необходимо анализировать обширную информацию о состоянии и изменениях этих величин. Применение для этой цели отдельных измерительных приборов и даже многоточеч­ ных потенциометров становится крайне затруднительно. Опера­ тору подчас невозможно воспринять столь большое количество информации. С другой стороны, вторичные многоточечные при­ боры имеют низкое быстродействие, сложны в обслуживании и ненадежны. Использование аналого-цифровых преобразовате­ лей и систем обегающего контроля позволило создать быстро­ действующие многоточечные цифровые измерительные системы, обеспечивающие контроль технологических параметров и выход их за установленные пределы. Такие приборы получили назва­ ние м а ши н ц е н т р а л и з о в а н н о г о к о н т р о л я .

175

При необходимости быстрой обработки большого числа дан­

сбора и обработки информации, производят выдачу управляю­ щих воздействий на исполнительные механизмы.

Машины централизованного контроля. Наиболее распростра­ нены машины централизованного контроля типа МАРС-УБ, ЭЛРУ-3, Зенит-З, МППИ-1, ИВ-500. Принцип работы этих ма­ шин одинаков. Основной их функцией является централизация контроля многих параметров, регистрация и сигнализация их отклонений от нормы и иногда позиционное регулирование по жесткой программе. Эти машины позволяют производить изме­ рение и регистрацию как аналоговых, так и дискретных входных сигналов.

Сигналы от датчиков после коммутатора поступают на ана­ лого-цифровой преобразователь и далее в арифметическом уст­ ройстве в цифровой форме сравниваются с величинами, кото­ рые заранее набираются оператором в блоке задания уставок. Кроме того, цифровой сигнал поступает также в блоки сигнали­ зации и регистрации. Если параметр отклоняется за допустимые пределы, то включается табло световой индикации на блоке сиг­ нализации. На этом же табло фиксируется наступление аварий­ ных ситуаций. Иногда эти события сопровождаются также и звуковой сигнализацией. На блок регистрации оператор может вызвать любой интересующий его параметр. В блоке регистра­ ции печатается не только значение регистрируемого параметра в цифровой форме, но и номер датчика (его адрес), а также время регистрации.

На примере блок-схемы машины МППИ-1, представленной на рис. 109, рассмотрим принцип действия машин централизо­ ванного контроля.

Машина состоит из трех устройств— входного, вычислитель­ ного и ввода — вывода. Во входном устройстве производятся коммутация датчиков и преобразование непрерывной информа­ ции в цифровой код. Входное устройство состоит из блоков нормализации БНХ—БНп, преобразующих сигналы разнообраз­ ных датчиков, подключенных к МППИ-1, в унифицированные сигналы; входного коммутатора ВК\ аналого-цифрового преоб­ разователя АЦП и блока управления БУ, синхронизирующего работу всего устройства. Вычислительное устройство служит для сравнения контролируемых величин с заданными значения­ ми, для математической и логической обработки поступающей информации и для формирования соответствующих выходных сигналов (на сигнализацию, регистрацию и внешние устрой­ ства) .

176

Вычислительное устройство состоит из блоков: програм­ много ПБ, задания уставок БЗУ, статического накопителя БСН,

операции.

Устройство ввода и вывода служит для набора и изменения программ, изменения уставок, оперативного управления всей машиной, регистрации данных контроля и выдачи их на внеш­ ние устройства. Оно состоит из пульта управления машиной ПУМ, блока сигнализации БС, блока регистрации БР.

Входное устройство рассчитано на подключение до 350 уни­ фицированных датчиков с токовым выходом 0—5 мА или потен-

Рис. 109. Блок-схема машины централизованного контроля типа МППИ-1

циальным выходом 0—10 В, до 72 двухпозиционных датчиков. Скорость обегания — 100 точек в 1 с. Вывод результатов обра­ ботки осуществляется периодически или по вызову оператора на стандартном бланке.

Машины автоматической регистрации и сигнализации МАРС предназначены для контроля и позиционного регулирования медленно протекающих технологических процессов. Машины МАРС-100, МАРС-300 и МАРС-1500 выполняют контроль, реги­ страцию и сигнализацию 1 0 0 , 300 и 1500 параметров; соответ­ ственно МАРС-200Р дополнительно осуществляет позиционное регулирование и управление до 200 параметров. Скорость обе­ гания— от 5 до 1 0 точек в 1 с. Скорость регистрации — от 3 до 5 измерений в 1 с. Основными элементами цифровых и логиче­ ских схем в машинах МАРС являются электромагнитные реле.

Электронные логические регулирующие устройства ЭЛРУ построены по схеме, аналогичной схеме машин МАРС. В ЭЛРУ использованы более универсальные мостовые схемы, позволяю­ щие подключать разнотипные датчики (термопары, термосопро-

тивления, реостатные, индукционные и др.). Печатающее уст­ ройство выполнено на основе электронного потенциометра ЭПП09. Число точек контроля 56. Машины МАРС, ЭЛРУ н некото­ рые другие различаются числом подключаемых параметров, бы­ стродействием, конструкцией.

Вычислительные машины. Электронные цифровые вычисли­ тельные машины (ЭЦВМ) предназначены для обработки боль­ ших массивов информации и решения сложных научно-техниче­ ских задач. Они оперируют цифровыми величинами. Процесс решения задачи на такой машине разделяется на отдельные последовательные элементарные арифметические операции — сложение, вычитание, умножение, деление. Последовательность выполнения операций задается в заранее составленной програм­ ме вычислений. Результаты решения выводятся на рулонные бумажные ленты в виде ряда числовых значений.

ЭЦВМ универсальны, на них могут быть решены фактиче­ ски любые задачи, для которых разработаны численные ме­ тоды решения. ЭЦВМ отличает большая точность вычислений, зависящая от величины разрядной сетки машины. Простейшие операции ЭЦВМ выполняют с огромной скоростью, достигаю­ щей сотен тысяч и даже миллионов операций в 1 с. Однако про­ цесс подготовки задачи до решения трудоемок и длителен. Не­

записанный в условных кодах команд машины, называется п р о ­ г р а ммо й . Программа реализует в машине принятый алгоритм с помощью определенной последовательности арифметических и логических операций, задаваемых набором команд.

ЭЦВМ подразделяются на ряд видов. По производитель­ ности различают машины малой, средней, большой и сверхболь­ шой мощности. Принято считать машинами малой мощности та­ кие, которые обладают быстродействием порядка 5— 6 тыс. опе­ раций в 1 с, средней мощности — до 20—30 тыс. операций в 1 с, большой мощности — до 200—300 тыс. операций в 1 с, сверх­ большой мощности — несколько миллионов операций в 1 с. При­ знак мощности характеризуется также другими параметрами машин — объемом памяти, наличием и числом внешних накопи­ телей, системами ввода и вывода, системами управления и т. д.

По организации вычислительного процесса цифровые ЭВМ подразделяются на однопрограммные и многопрограммные. В однопрограммных машинах в каждый момент времени выпол­ няется только одна программа, в многопрограммных могут одно­ временно решаться несколько задач.

По основным конструктивным элементам ЭЦВМ делятся на ламповые, полупроводниковые, интегральные и другие. В лампо­ вых машинах используются электронные лампы, в полупровод­ никовых— транзисторы и другие полупроводниковые элементы, в интегральных — микроминиатюрные схемы на базе молеку­

178

лярной структуры твердых тел. Машины на электронных лам­ пах относятся к машинам так называемого первого поколения (50-е годы). Затем их сменили полупроводниковые машины — машины второго поколения (с известной долей точности можно сказать, что это машины 60-х годов). Использование полупро­ водниковых схем позволило сократить потребление электроэнер­ гии, уменьшить габариты машин, повысить их надежность. Тре- ■ тье поколение цифровых машин (выпуск их относится к началу 70-х годов) характеризуется использованием интегральных схем.,В перспективе — производство машин четвертого поколе­

режиме разделенного времени. Этот режим позволяет подклю­ чаться к машине по каналам связи из различных мест, нахо­ дящихся на сколь угодно большом расстоянии от машины, и по­ лучать машинное время для решения своих задач.

Несмотря на разнообразие имеющихся типов ЭЦВМ, основ­ ной принцип устройства и работы любой современной электрон­ ной цифровой вычислительной машины виден из блок-схемы, приведенной на рис. 110. В состав ЭЦВМ входят следующие основные устройства: арифметическое ЛУ; запоминающее ЗУ; ввода УВВ\ вывода УЗ; управления УУ.

Вычислительный процесс сводится в основном к выполнению трех этапов: 1 ) ввод информации; 2 ) ее обработка (вычисле­ ния); 3) вывод, или регистрация результатов.

При использовании ЭЦВМ для контроля за производствен­ ным процессом ввод информации в машину осуществляется от различного рода измерительных приборов и датчиков через си­ стему средств связи. Существуют также и другие способы ввода данных в ЭЦВМ:

а) путем ручного набора на клавиатуре, расположенной не­ посредственно на пульте управления машины;

■б) через специальное клавишное устройство, имеющее ди­ станционную связь с машиной. Применяется в системах механи­ зации и автоматизации управленческих работ;

7*

179