Автоматизированная система управления машиной для отжима воды из ила, Упражнения и задачи из Автоматизация технологических процессов

Скачай Автоматизированная система управления машиной для отжима воды из ила и еще Упражнения и задачи в формате PDF Автоматизация технологических процессов только на Docsity! Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «Брестский государственный технический университет» Республиканский конкурс научных работ студентов высших учебных заведений Республики Беларусь Машиностроение. Механика машин. Надежность и безопасность технических систем АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОЙ ДЛЯ ОТЖИМА ВОДЫ ИЗ ИЛА Тарасевич Максим Даниилович, магистрант кафедры АТПиП Вабищевич Леонтий Иванович доцент кафедры АТПиП, к.т.н. Брест, 2023 РЕФЕРАТ Работа 35 с, 20 рис., 3 таблицы, 8 формул, 4 источника. МАШИНА ДЛЯ ОТЖИМА ВОДЫ ИЗ ИЛА, ПЛК, УСТРОЙСТВА ПУСКА И ЗАЩИТЫ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА. Объектом исследования является система автоматического управления машиной для отжима воды из ила. Характерные области применения – автоматические и поточные линии различных отраслей производства. Цель работы – создание системы автоматического управления машиной для отжима воды из ила, обеспечивающей взаимосвязанную работу электронагревателей, при которой достигается требуемая температура нагрева, время и скорость. В процессе выполнения работы создана система автоматического управления электронагревателями на основе программируемого реле. Степень внедрения – результаты работы планируется использовать на БМПЗ. 2 Рисунок 1 - Структурная схема процесса сушки Вследствие отсутствия надежных измерительных преобразователей остаточной влажности твердого материала при автоматизации процесса в качестве регулируемых величин используют температуру или влажность сушильного агента [2-3]. В САУ машиной для отжима воды из ила в качестве регулируемой величины будем использовать температуру (рисунок 1). 5 1 Технологии, методы и способы обезвоживания отходов В процессе очистки сточных вод образуется осадок, представляющий собой полидисперсную суспензию. Для уменьшения объема и снижения затрат на перевозку в места последующей утилизации его нужно обезвоживать. Под обезвоживанием понимают процесс удаления максимально возможного количества влаги из продуктов обогащения. Различают два метода обезвоживания осадка: естественный (высушивание) и механический. Первый вариант является наиболее бюджетным. Обезвоживание отходов осуществляется на иловых площадках. Удаление жидкости происходит за счет фильтрации через грунт или дренаж и испарения ее с поверхности осадка. В то же время использование данного метода обезвоживания может быть невозможным в связи со сложными погодными условиями, спецификой рельефа и отсутствием площадей для размещения иловых площадок. Также существует опасность попадания иловой воды в водоносные горизонты. Помимо этого, возможна эмиссия газов, приводящая к распространению запахов на прилегающие территории. Механический способ обезвоживания не зависит от погодных и геологических особенностей местности, а также не требует земель для размещения. Однако возведение цехов с установкой специального оборудования влечет за собой большие финансовые затраты. Остановимся более подробно на данном способе обезвоживания шлама. Механические методы обезвоживания отходов Обезвоживание является основной стадией обработки отходов, обеспечивающей снижение их объема. Содержание жидкости в конечном продукте составляет 40-80 % и зависит от способа обезвоживания. Рассмотрим основные методы и оборудование, используемое для обезвоживания шлама. По типу механического воздействия на структуру обезвоживание бывает:  под давлением;  под разряжением; 6  в центробежном поле. Сопоставление методов и оборудования показывает, что каждый из них имеет свои плюсы и минусы, которые обеспечивают наибольшую применимость определенного типа для вполне конкретных условий. Так, например, достоинством вакуумных фильтров является возможность обработки отходов без распространения запаха. Для стабильной работы таких агрегатов потребуется дополнительное оборудование: центробежные и вакуум-насосы, ресиверы и пр. Недостатками оборудования являются громоздкость, загрязненность внешней среды, сложность управления, повышенный расход электроэнергии и низкая надежность. Камерные фильтр-прессы (рисунок 2) используют для обработки сжимаемых отходов в тех случаях, когда их после обезвоживания направляют на сжигание или сушку. Оборудование представляет собой напорные фильтры, которые разделяют суспензии на жидкие и твердые вещества. В качестве устройств для фильтрования с образованием осадка они имеют фильтровальный пакет. Фильтрующая среда находится между отдельными пластинами. Фильтрующий пакет прессуют гидропрессом, который встроен в мост. Давление прессования варьируется от 250 до 600 бар, что обеспечивает плотность фильтрующего пакета. Твердые частички суспензии задерживаются фильтрующей средой, образуя осадок. 7 в составе которых имеются абразивные включения. Отсутствие высокооборотных и высоконагруженных узлов делает процесс практически бесшумным. Оборудование работает в автоматическом режиме и не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала. Энергопотребление составляет около 20-30% от энергопотребления других типов обезвоживающих систем аналогичной производительности. При дозе флокулянта 1,5 – 3,5 кг/т сухого вещества обезвоженный осадок может достигать влажности 80 %. Оборудование весьма экономично: мощность установки варьируется в пределах от 0,6 до 2,9 кВт. Агрегат не требует организации дополнительной вентиляционной системы, легко устанавливается в небольших цехах и прост в обслуживании. Повышенная износостойкость основных узлов устройства обеспечивает стабильную работу шнека и обезвоживающих колец до 30 тыс. часов. Оборудование демонстрирует высокие показатели надежности и ремонтопригодности. Декантеры для обезвоживания отходов Осадительная центрифуга (рисунок 4) представляет собой очистное устройство, которое под воздействием центробежной силы осуществляет обработку 2-х фазных (декантеры) и 3-х фазных (трикантеры) суспензий с образованием кека и концентрата. Такое оборудование для обезвоживания отличается высокой производительностью, простотой монтажа и эксплуатации. Энергозатраты и затраты на техобслуживание в течение всего срока службы минимальны. 10 Рисунок 4 – Осадительная центрифуга Установки предназначены для обезвоживания ила станции аэрации, отходов на очистных канализационных сооружениях, очистки СВ птице- и животноводческих хозяйств, обработки масло- и нефтешламовых отходов и пр. Оборудование может работать автоматически и удалять до 96 % влаги из осадка, что значительно упрощает его последующую автотранспортировку и утилизацию. Большинство моделей обладают производительностью от 0,5 до 150 куб.м/ч. Принцип работы оборудования Декантер представляет собой специальную емкость для осаждения частиц. Конструктивно он имеет вид вращающегося барабана для осаждения шлама, внутри которого находится соосно вращающийся шнек. Под воздействием центробежной силы частицы перемещается к стенке барабана, образуя осадочный слой на его внутренней поверхности. Так как центробежная сила составляет 3000g, разделение смесей происходит быстро. Схема обезвоживания проста. Исходный осадок, подлежащий разделению, поступает в загрузочную зону через подающую трубу. Здесь он плавно 11 разгоняется в направлении вращения шнека и идет через отверстия в полость барабана. Барабан центрифуги имеет конусно-цилиндрическую форму и вращается со скоростью, которая соответствует задаче по разделению. Продукт в полости барабана распределяется по внутренней его стенке. Затем кек осаждается под действием центробежной силы на внутренней части барабана. Очищенная жидкость течет к концу цилиндрической части барабана и выходит через сливные окна. В этих отверстиях есть специальные пластины, посредством которых устанавливается уровень слоя жидкости в барабане. Затем концентрат попадает в неподвижную камеру и выходит самотеком. Шлам уплотняется и обезвоживается. Далее он выгружается через разгрузочные отверстия для выгрузки твердой фазы. Он попадает в разгрузочную камеру, а затем сбрасывается вниз. Корпус оборудования имеет «туннельную конструкцию», позволяющую убирать шнек с вала горизонтально. Это позволяет уменьшить нагрузку на механизм и гораздо быстрее исправить любые неполадки. Особая конструкция позволяет укрепить цельность корпуса с жестким допуском между валом и корпусом. Это создано для того, чтобы обеспечить нормальную и безопасную вибрацию. Преимущества использования: Использование центрифуги в технологическом процессе обезвоживания концентрата дает целый ряд преимуществ: 1. Высокая надежность оборудования, круглосуточная эксплуатация. 2. Процесс очистки осуществляется при закрытом цикле и автоматическом режиме. Оператор только контролирует весь процесс. Это позволяет сократить персонал и тем самым снизить затраты. 3. Низкий расход флокулянта (порядка 0,2-0,3%). 4. Закрытая система, что обеспечивает минимальные затраты на уборку цеха. 12 2 Постановка задачи исследования В результате выполнения конкурсной необходимо разработать, изготовить и испытать рабочую экспериментальную копию машины теплового отжима воды из ила. В результате исследований на данной экспериментальной установке необходимо замерять и зафиксировать все вышеприведенные параметры в форме таблиц, графиков и других аналитических зависимостей. На основании исследований и испытаний разработать оригинал машины. На первом этапе в качестве нагревательных элементов будем использовать углеродные ленты (рисунок 5) и шнуры от производителя ОАО «СветлогорскХимволокно». Рисунок 5 – Углеродная лента Цели и задачи испытаний ленты и шнура: 1. Расписать в таблицах и графиках результаты испытаний ленты; 2. Рассчитать электрическую мощность установки, плитки; 3. Рассчитать сколько килограммов  воды выпариться при движении ила от начала установки до выхода. 15 3 Испытания углеродной ленты и шнура 3.1 Испытание шнура источником постоянного тока Измерения проводились мультиметром MS8200G. Термопара из комплекта мультиметра. Термопара располагалась внутри нагревателя в середине заданной длины. U-напряжение на данной длине нагревателя при заданном токе. L-длина ленты, t-температура. Использовался источник тока 1-5А, 0-30В (150 Вт) (таблица 1). Таблица 1. Испытание шнура источником постоянного тока   L=10 см L=20 см L=50 см I,А U,В t, ° U,В t, ° U,В t, ° 1 1,8 90 3,17 85 8,3 90 2 3,2 210 6,3 190 16,5 220 3 4,4 340 8,7 325 23,7 360 4 5,6 480 11,5 460 29,8 480 5 6,5 600 13,2 580 32 580 Графики для L=10 см (рисунок 6, рисунок 7): 16 Рисунок 6 – Зависимость температуры и тока для L=10 см Рисунок 7 – Зависимость температуры и напряжения для L=10 см Графики для L=20 см (рисунок 8, рисунок 9): 17 Термопара из комплекта мультиметра. Термопара располагалась внутри нагревателя в середине заданной длины. U-напряжение на данной длине нагревателя при заданном токе. L-длина ленты, t-температура. Использовался источник тока 1-5А, 0-30В (150 Вт) (таблица 2). Таблица 2. Испытание ленты источником постоянного тока   L=20 см I,А U,В t, ° 1 1,2 35 2 2,2 55 3 3,3 78 4 4,4 105 5 5,5 140 Графики для L=20 см (рисунок 12, рисунок 13): Рисунок 12 – Зависимость температуры и тока для L=20 см 20 Рисунок 13 – Зависимость температуры и напряжения для L=20 см 3.3 Испытание ленты трёхфазным тиристорным регулятором мощности переменного напряжения Измерения проводились мультиметром. Термопара ОВЕН использовалась в купе с терморегулятором ОВЕН ТРМ. Термопара располагалась внутри нагревателя в середине заданной длины. U-напряжение на данной длине нагревателя при заданном токе. L-длина ленты, t- температура. Использовался трёхфазный тиристорный регулятор мощности переменного напряжения (0…400В, 0…40А). Таблица 3. Испытание ленты трёхфазным тиристорным регулятором мощности переменного напряжения   L=3,8 м I,А U,В t, ° 2,3 40 100 21 Продолжение таблицы 3 4 55…60 140 5,4 65…70 160 5,7 100 210 8 140 280 6,6 155…160 312 9,2 202 407 Графики для L=3,8 м (рисунок 14, рисунок 15): Рисунок 14 – Зависимость температуры и тока для L=3,8 м 22 4 Испытания экспериментальной копии машины (с применением углеродных лент) В результате испытаний: - была изготовлена экспериментальная модель машины (рисунок 16); - выполнена отладка на различных режимах теплового нагрева; - настроены электрические параметры; - отлажены измерительные приборы; - проведена сушка рабочего материала (кека). 25 Рисунок 16 – Экспериментальная модель машины Принцип работы: на вход системы (рабочий стол) двумя операторами равномерно выливается ил из канистры (емкость 30 кг), третий оператор приводит в движение лопатки сдвига ила. При протягивании ила по нагретой рабочей поверхности стола в течении заданного времени (1, 2, 3, 4, либо 5 минут) он теряет влагу и на выходе системы получается кек (ил определенной влажности), который собирается в емкость. Для обеспечения обдува на поверхность рабочего стола с движущимся илом направляется струя сжатого воздуха из заводской сети предприятия «Фина». На рисунке 17 приведен сборочный чертёж экспериментальной копии машины: 26 Рисунок 17 – Сборочный чертёж экспериментальной копии машины Основные операции, сопутствующие данным испытаниям: 1. Проверка поведения нагревательных (углеродных) лент с песком отдельно от машины; 2. Поиск отработанных ТЭНов и установка изоляторов от них для изоляции проводов от корпуса; 3. Переделка контактов на лентах под изоляторы; 4. Проведение испытаний лент с теплоизоляционным матом и 27 Рисунок 18 – Блок сушильный: 1, 2, 3 – сушильные секции, 4 – рама, 5 – шнек, 6 – корпус, 7 – патрубок загрузки, 8 – патрубок выгрузки, 9 – смотровой люк,10 – вытяжной коллектор, 11 – коллектор паропровода, 12 – коллектор конденсатный, 13 – электродвигатель, 14 – редуктор, 15 – клиноременная передача, 16 – цепь, 17 – груз, 18 – устройство натяжения цепи, 19 – защитный кожух 30 6 Структурная схема системы автоматического управления Рассмотрим структурную схему САУ (рисунок 19). В данной схеме показано, что питание частотного преобразователя трёхфазное переменное напряжение 380В, а питание блока питания, регулятора температуры ТРМ и программируемого реле ПР200 - однофазное переменное напряжение 220В. Блок питания служит для питания панели оператора (постоянное напряжение 24В) и кнопок. На ПР200 приходят сигналы от кнопок вперёд/пуск и назад/стоп. В случае аварии загорается лампа “Авария”, которая подключена к ПР200. Также ПР200 подаёт сигналы с кнопок на дискретные входы ПЧ. К ПЧ подключен привод (питание трёхфазное переменное напряжение). К аналоговым входам ТРМ подключены термопары с унифицированным сигналом 4…20мА для установления необходимой температуры в трубах сушильного блока. К дискретным выходам ТРМ подключены твердотельные реле для коммутации больших токов (30А), к которым подключены нагреватели. Обратная связь нагревателей осуществляется при помощи датчиков тока (трансформаторы тока + 3-х канальный амперметр), которые по RS-485 подключены к ПР200. “Master”-устройством в данной САУ является ПР200, а “Slave”-устройствами являются ПЧ, панель оператора, ТРМ и датчики тока (подключенные по RS-485). Панель оператора служит для задания температуры нагрева и времени. 31 2 Рисунок 19 — Структурная схема системы автоматизации 32 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе выполнения работы была разработана автоматизированная система управления машиной для отжима воды из ила. Система реализована на основе программируемого реле, что обеспечивает широкие возможности программной переналадки системы. Таким образом, предложенная система автоматизации имеет большие перспективы, так как она даёт возможность осуществлять процесс отжима воды из ила на мусороперерабатывающих производствах в автоматическом режиме. Дальнейшим логическим продолжением данной работы является разработка АСУ ТП под управлением компьютера, который объединит управление всеми конвейерами, машинами и механизмами технологического цикла в единый синхронизированный комплекс, направленный на решение одной задачи: качественного и быстрого получения готовой продукции из животноводческого сырья. Результаты имеют практическую значимость и могут быть использованы в промышленности. 35 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Физико-химическая очистка сточных вод [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://agro.marimmz.ru/ – Дата доступа 07.09.2023. 2. Кузьменко Н.В. Автоматизация технологических процессов и производств: уч. пособие / Н.В. Кузьменко. – Ангарск : АГТА, 2005. – 78 с. 3. Федоров Ю. Н. Справочник инженера по АСУТП: Проектирование и разработка [Текст] : учеб.-практ. пособие / Ю. Н. Федоров, 2008. - 926 с. 4. Технологии, методы и способы обезвоживания отходов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://mida.ru/ – Дата доступа 11.09.2023. 36