Материал: Автоматизация процесса приготовления витаминной муки

ОУ - конвейер;

ВО - конечный выключатель;

ОУ1 - реле управления;

ИО - электродвигатель.

4. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ.

4.1 Выбор принципиальной схемы

Схема электрическая принципиальная определяет полный состав элементов и дает детальное представление о принципе работы изделия. Принципиальная схема служит основой для разработки других конструкторских документов - схемы соединений и расположения, чертежей конструкции изделия - и является наиболее полным документом для изучения принципа работы изделия. На принципиальной схеме изображают все электрические элементы и устройства, необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов, все электрические связи между ними, а также электрические элементы, которыми заканчиваются входные и выходные цепи (разъемы, зажимы и т.п.). Элементы изображают в виде условных графических обозначений, установленных соответствующими стандартами (прил. И и К).

Построение схемы осуществляется разнесенным и совмещенным способами. Разнесенным способом выполняют схемы автоматики и электрооборудования (т. е. схемы, содержащие много контакторов, реле и различных контактов). При выполнении таких схем рекомендуется пользоваться строчным способом, располагая условные графические обозначения элементов, входящих в одну цепь, последовательно друг за другом, по прямой, а отдельные цепи - одну под другой таким образом, чтобы изображения этих цепей образовали параллельные строки (горизонтальные или вертикальные). При выполнении схемы строчным способом допускается нумеровать строки арабскими цифрами, указывать назначение цепей.

На принципиальных схемах (кроме схем радиоэлектроники и вычислительной техники) допускается обозначать электрические цепи. Маркировка участков цепи служит для их опознания и отражает. функциональное назначение электрической схемы.

.2 Анализ работы принципиальной схемы

Кнопками "Пуск" SB3...SB19 поочередно включают электродвигатели установок в последовательности, обратной технологическому потоку: двигатель М10 дозатора 14, электродвигатели М9 и М8 вентиляторов циклонов-охладителей 12, двигатели М7 и М6 дробилок 15, двигатель М5 дозатора 17 циклона сухой массы , двигатель М4 вентилятора 8, двигатель М3 сушильного барабана 6, двигатель М12 вентилятора 21 топки. Чтобы зажечь в топке факел, необходимо вручную открыть вентиль на баллоне со сжиженным газом и кнопкой SB21 пустить двигатель М11 топливного насоса. При этом блок-контакты КМ11.2 магнитного пускателя включают трансформатор зажигания TV и реле выдержки времени КТ. При зажженном газовом факеле открывают кран топлива и зажигают основной факел. После этого замыкается контакт датчика BL контроля пламени. В случае безуспешного розжига топки (пламени нет) реле КТ при помощи реле KV2 отключает с выдержкой времени двигатель М11 топливного насоса и трансформатор зажигания.

При успешном розжиге через некоторое время, когда прогреется топка, включают двигатели М2 и М1 конвейеров подачи сырой массы в топку. Для экстренного отключения всех механизмов нажимают кнопку SB1.Автоматически они отключаются датчиком предельного уровня SL травяной муки в циклоне-охладителе 12. В нормальных условиях агрегат останавливают в обратной последовательности кнопками SB24, SB22, SB20, SB16...SB2. Двигатели М12 и М4 вентиляторов топки и циклона 7 оставляют включенными до полного остывания топки, а затем отключают кнопками SB18 и SB14.Процесс сушки пока автоматизирован частично и ограничивается только управлением температуры.

Температуру теплоносителя на выходе регулируют по температуре газов на выходе из циклона 7 изменением подачи топлива к форсунке. При увеличении температуры газов переключаются контакты датчика температуры ВК, которые включают реле KV2 и электромагнит YA вентиля 1, установленного на обратном трубопроводе. Вентиль 1 открывается, и часть топлива, засасываясь насосом 2 через вентиль обратно, не попадает в форсунку 3. Интенсивность горения уменьшается, и температура снижается до минимального значения, при котором контакты термодатчика ВК возвращаются в исходное положение и при помощи реле KV1 отключают электромагнит YA через реле KV2.

4.3 Построение временной диаграммы

. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОПРИВОДА, КОММУТАЦИОННОЙ И ЗАЩИТНОЙ АППАРАТУРЫ

5.1 Выбор электропривода

Для КДУ-2.0 выбираем двигатель АИР250SУ3.

Технические данные двигателя АИР250SУ3:

Мощьность, кВт                             30

Частота вращения, об/мин             730

Кратность тока                               6

Сила тока старора, А                     62,2

5.2 Выбор коммутационной и защитной аппаратуры

Электромагнитные пускатели - это контакторы специальной конструкции, предназначенные для дистанционного управления асинхронным двигателем.

Для дистанционного управления выбираю пускатель серии ПМЛ с встроенным тепловым реле.Пускатель выбираю по условиям:

. Сила номинального тока пускателя должна быть ровна или несколько больше силы тока электродвигателя Iн.п.≥ Iн.дв.

Iн.п=63А Iн.дв.=62,2А

Выбираю пускатель 4 величины.

. Напряжение втягивающей катушки должно быть равно напряжению сети. Выбираю пускатель на напряжение 220В.

. Пускатель должен обеспечивать нормальные условия коммутации. При работе в режиме АСЗ (быстрый пуск и отключение при вращающемся роторе) Iн.пуск≥ Iпуск.дв./6:

пуск.дв=Ki* Iн.дв.=6*62,2=373,2 А 373,2/6=62,2А

. Исполнение и степень защиты пускателя должны соответствовать условиям окружающей среды т.к. пускатель установлен на улице , то выбираем степень защиты IP54.

. Схема соединений пускателя должна соответствовать требованиям схемы управления. Выбираю пускатель ПМЛ-322002.

. Выбираю тепловое реле по силе номинального тока двигателя Iн.дв.=62,2А. Выбираю реле серии РТЛ с пределами регулирования силы тока несрабатывания 54-66.

Окончательно выбираю ПМЛ-322022 с РТЛ206104.

Для защиты и коммутации выбираю автоматический выключатель по силе номинального тока расцепителя Iн.р.≥ Iн.дв. выбираю автомат с расцепителем АЕ 2046Р Iн.р=63А.

1.  Определяю кратность силу тока уставки автомата:

К= Iн.дв/ Iн.р.=62,2/63=0,98

. Проверяем выбранный автомат на возможность срабатывания при пуске:

ср.кат≤ Iср.р.

Iср.кат.=10* Iн.р.=10*63=630А

Iср.р.=1,25* Iпуск.дв.=1,25*377,2=466,5А

Окончательно выбираю автомат АЕ 2046Р.

5.3 Расчет сечения, выбор марки и способа прокладки провода для птицеводческих помещений

Электропроводку выбираем в зависимости от вида электроприёмщика с учетом условий окружающей среды, требованний безопасности и противопожарной безопасности. Выбираем провода с резиновой и полихлорвиниловой изоляцией с алюминиевыми жилами. Способо прокладки - три провода в трубе. Допустимые токи - 80 А. Площадь сечения токопроводящей жилы 25 мм2.

Сечения проводов и кабелей напряжением до 1000 вольт определяются из 2 условий:

.        По условию нагрева расчетным током:

Iдоп≥Iн.дв

А ≥62,2А

.        По условию соответствия провода аппарату защиты:

Iдоп≥Кз*Iн.р

≥63*1

Кз=1

Определение сечения провода по первому условию сводится к нахождению расчетного тока линии и срабатыванию его с допускаемым. Второе условие - проверка на пропускную способность. Определить сечение провода по 2 условиям окончательно выбираю большие значения сечения.

6. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИБОРАХ И СРЕДСТВАХ АВТОМАТИЗАЦИИ

В схеме используется электронный датчик уровня зерна.

В электронном датчике уровня зерна при заполнении межэлектродного пространства Э зерном проводимость между электродами увеличивается, вследствие чего загорается газоразрядная лампа Л типа МТХ-90 и срабатывает реле Р. Схема получает питание от сети переменного тока напряжением 220 В через делитесь напряженя, выполненный на основе резисторов R3 и R2. Использовать датчик можно только для зерна влажностью не ниже 13%.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАДЕЖНОСТИ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

7.1 Качественные и количественные показатели надежности

Надёжность - свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. В зависимости от назначения объекта и условий его применения надежность сочетает в себе безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Качественные показатели надежности.

Безотказность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние в течении некоторого времени или некоторой наработки, под которой понимают продолжительность или объем работы электротехнического устройства. Обычно наработку измеряют в часах либо характеризуют числом циклов или переключений. Так, в часах выражают наработку электродвигателей, распределительных устройств, а числом циклов или переключений характеризуют наработку элементов средств автоматизации.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержания работоспособного состояния, а также его восстановлению посредством технического обслуживания и ремонта.

Количественные показатели надежности.

Вероятность безотказной работы (ВБР) Р(t) - это вероятность того, что при определенных условиях эксплуатации электроустройства в заданном интервале времени не произойдет ни одного отказа. ВБР, по статическим данным об отказах (статическая оценка ВБР).

Средняя наработка без отказов Тср - среднее значение продолжительности работы ремонтируемого электротехнического устройства до первого отказа. Интенсивность отказов λ (t) - это условная плотность времени возникновения отказов электротехнического устройства.

7.2 Расчет основных показателей надежности (методы повышения надежности в случае низкой надежности)

Автоматические системы управления сельскохозяйственного назначения относятся к изделиям с неисбыточной структурой. Норма надежности устанавливается в виде времени наработки на отказ. Она является непрерывной случайной величиной. Все задачи по расчету надежности решаются на основе теории вероятности и математической статистики. Непрерывные случайные величины подчиняются законам равномерного нормального, нормально-логарифмического и т.д. распределения.

Последовательность расчета:

)        Выделяем элементы автоматической системы.

)        Определяем режимы работы и условия окружающей среды.

)        Определяем поправочный коэффициент.

)        Составляем расчетную таблицу.

)        Определяем интенсивность отказов с учетом поправочного коэффициента.

)        Определяем среднее время наработки на отказ.

)        Определяем вероятность безотказной работы.

)        Вывод. В случае необходимости предлагаем мероприятия по повышению надежности.

λн=kλ*183,4*10-6=10*183,4*10-6=0,001834

λв=kλ*1307,4*10-6=10*1307,4*10-6=0,013074

Тн=1/ λв=1/0,013074=76,48 (ч)

Тв=1/ λн=1/0,001834=545,25 (ч)

Тср=(Тн+Тв)/2=(76,48 +545,25)/2=310,87 (ч)

Тср=от 300 ч до 20000 ч.

Тср сравниваем с нормативным значением наработки на отказ.

Р=℮-λt

Время, за которое определяем время безотказной работы, принимаем 1000 ч.

Минимальное значение ВБР при доверительной вероятности 0,8 равно 0,6.

Рн=℮-0,001834*1000=℮-3=1,3*10-3

Рн=℮-0,013074*1000≠

Вывод: Время работы на отказ находится в пределах норма, а вероятность безотказной работы находится ниже нормы, по этому принимаю решение о проведении ТР с меньшим интервалом времени и установе оборудования в более благоприятных условиях.

. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА

8.1 Составляющие экономической эффективности автоматизации

Один из главных критериев целесообразности автоматизации технологических процессов - экономическая эффективность. Экономическая эффективность автоматизации определяется уменьшением совокупных текущих и капитальных затрат на производство единицы продукции. При автоматизации сельскохозяйственных процессов капитальные затраты обычно несколько возрастают, а эксплуатационные расходы на единицу продукции существенно сокращаются. Иными словами, капитальные затраты возрастают в меньшей степени, чем уменьшаются текущие затраты. Таким образом, эффективность автоматизации характеризуется сокращением затрат на производство единицы продукции.

Экономическая эффективность автоматизации формируется из четырех составляющих: энергетической, трудовой, структурной и технологической.

Энергетическая составляющая определяется по сокращению расхода топлива или энергии, увеличению надежности и долговечности работы энергетического оборудования, экономичности работы систем энергообеспечения, повышению КПД силовых установок и т.п.

Трудовая составляющая связана с сокращением прямых затрат труда обслуживающего персонала на выполнение ТП. При автоматизации процесса затраты труда существенно сокращаются. В то же время происходит незначительное увеличение капитальных затрат на ее техническое обеспечение.

Структурная составляющая обусловлена сокращением регулирующих и запасных емкостей, уменьшением служебных помещений и инженерных коммуникаций, снижением металлоемкости и стоимости оборудования, увеличением количества продукции, получаемой с единицы площади, или объема производственных зданий, повышением концентрации построек на территории.

Технологическая составляющая обусловлена увеличением производства сельскохозяйственной продукции за счет автоматизации ТП.

8.2 Расчет основных показателей экономической эффективности автоматизации технологического процесса

В результате технико-экономических, социально-экономических и качественных сравнений автоматизированного и неавтоматизированного способов производства определяют основные показатели экономической эффективности автоматизации: капитальные затраты, эксплуатационные годовые издержки, рентабельность, срок окупаемости и др.