Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра "Электротехника, электроника и электромеханика"

Хабаровск – 2017

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..7

1 Особенности сушки песка………………………………..10

1.1 Способы сушки песка………………………………………………...10

1.2 Рассмотрение существующей системы……………………………...17

1.3 Выявление недостатков существующей системы………………..…33

2 ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ АВТОМАТИЗАЦИИ………………35

2.1 Цели и задачи автоматизации………………………………………..35

2.2 Требования технических сводов правил и стандартов……………..36

3 АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ………………..38

3.1 Структура автоматического управления системы………………….38

3.2 Управлением комплексом сушки песка…………………………….40

3.3 Установка параметров сушки………………………………………..43

3.4 Алгоритм работ сушильного комплекса……………………………44

3.6 Разработка кода в программе CodeSys…………………………..….46

4 ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ……………………………………….48

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….66

СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ ………..…………………….67

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ……………………………….68

ВВЕДЕНИЕ

В технологии строительных материалов и изделий одним из основных технологических процессов является сушка песка. Промышленные сушилки относятся к очень важному производственному оборудованию, отличающемуся сложностью тепловых процессов, происходящих в них. При формировании изделий сушка нужна для получения песка с определенной влажностью. Сушка представляет собой тепловую обработку материалов и изделий с целью удаления из них влаги путем испарения.

Сухие строительные смеси (ССС) – это совокупность вспомогательных материалов со специализированными свойствами, предназначенных для ведения строительных работ. Материалами для смесей служат вяжущие вещества с модифицирующими добавками, а в отдельных cлyчaяx – с зернистыми и армирующими наполнителями и пегментами.

Функции управления и контроля технологическим процессом предоставляются автоматическим устройствам и приборам. Внедрение автоматизации на производстве предоставляет значительное повышение производительности труда, обеспечение стабильного качества выпускаемой продукции, сокращение доли рабочих, занятых в различных производственных сферах.

Внедрение системы автоматического управления для приготовления сухих строительных смесей сделали возможным то, что начиная с 1960 по 1995 годы, объем штукатурных растворов всех видов, увеличился на 600%, в то время как количество работников, занятых в данном секторе экономики, уменьшилось на 25%, что означает увеличение производительности на 800%.

Сушка песка является одним из важнейших этапов приготовления сухих строительных смесей, потому как песок может поступать на производство с влажностью до 12%, поэтому необходимо учитывать ряд важных критериев:

1. влажность песка - 0,5%;

2. температура песка - 50°С;

3. фракционирование песка

Сушильный агрегат – предназначен для просушки сыпучих материалов и состоит из прямоточной горелки, циклона, дымососа и сушильного барабана.

Сушильный барабан – ориентирован на удаление поверхностной и кристаллизованной влаги из материалов.

Песок ссыпается с определенной высоты и попадает в сушильный барабан, после чего материал постоянно перемещается вдоль оси барабана под углом 3-4°, при этом перемешивается и постоянно находится в контакте с теплоносителем, в результате чего испаряется влага с влажного песка.

Прямоточная горелка – служит для подачи топливовоздушной смеси и воздуха на стенки сушильного барабана.

Скорость вращения сушильного барабана регулируется при помощи приводного электрического двигателя и задается при помощи частотного преобразователя.

Предлагается на основе современных датчиков и контролеров создать систему автоматического управления сушильного агрегата.

В данной Выпускной Квалификационной Работе (далее - ВКР) рассматривается завод «СтройСмесь». Работа завода направлена на производства сухих строительных смесей. На заводе имеется линия сушки песка, линия лакокрасочных изделий и линия строительных смесей. Задачей моей ВКР является разработка автоматизированной системы управления сушильного агрегата. Результатом автоматизации системы линии сушки песка стала простота процесса эксплуатации внедрённого оборудования, по сравнению с предыдущим. Автоматизированная система управления технологическим процессом сушильного агрегата (далее АСУ ТП СА) служит для:

Обеспечения работы ТП СА в номинальных режимах, предусматривающих плановые остановы с последующими проверками состояния аппаратуры.

- Обеспечения безопасности функционирования ТП для окружающей среды, потребителя и для завода.

- Отслеживания состояния всех функциональных узлов системы, и запись информации о них в память центрального сервера.

- Предотвращения аварийных ситуаций в процессе работы производства.

- Упрощения управления технологическим процессом и его контроля.

1 ОСОБЕННОСТИ СУШКИ ПЕСКА

1.1 Способы сушки песка

Сушка представляет собой процесс удаления жидкости из твёрдых материалов путём её испарения. Сушка, в отличие от механических методов отделения жидкости от твёрдого тела, которые часто ей предшествуют, направлена также на улучшение качества материала (снижение его объёмной массы, повышение прочности) и, в связи с этим, на увеличение возможностей его использования.

Процесс сушки влажного материала протекает следующим образом. Под действием тепла у поверхности материала образуется пленка водяного пара. Если давление этого пара больше, чем давление водяного пара в окружающей среде, то происходит диффузия пара в среду, и влага удаляется с поверхности материала. При этом влажность материала на поверхности уменьшается и внутри него появляется перепад влажности, после чего начинается перемещение влаги.

Сушка – один из самых энергоёмких процессов, поэтому в области техники сушки экономия энергетических ресурсов является актуальной проблемой. Создание высокоэффективных и экономичных сушильных аппаратов и установок позволяет значительно снизить энергоёмкость сушки На практике наиболее часто применяется сушка влажных материалов нагретым воздухом или горячими дымовыми газами.

Наиболее широко распространены в химической технологии конвективный и контактный методы сушки. При конвективной сушке тепло передается от теплоносителя к поверхности высушиваемого материала. Основным способом теплопередачи в этом случае является конвекция. В качестве теплоносителей используют воздух, инертные и дымовые газы. Образовавшиеся при испарении жидкости пары смешиваются с потоком газа и удаляются из системы. При контактной сушке тепло высушиваемому материалу передается через обогреваемую перегородку, соприкасающуюся с материалом. Здесь основной способ теплопередачи – теплопроводность. Испарённая влага уносится потоком газа. Несколько реже применяют радиационную сушку (инфракрасными лучами) и сушку электрическим током.

В оборудовании, предназначенном для сушки, слой твёрдых частиц может находиться в следующих формах: неподвижный слой, движущийся слой , взвешенный слой, разбавленный слой.

Также применяют сушильные печи, представляющие собой боров, перекрытый плоскими чугунными плитами. В этом случае контакт газа и твёрдой фазы происходит в неподвижном слое на поверхности раздела.

Процессы с неподвижным слоем твёрдых частиц имеют некоторые преимущества перед процессами с непрерывным движением твёрдой фазы: очень малы потери твёрдого материала от истирания; не требуется вспомогательное механическое оборудование для циркуляции и разделения фаз.

К недостаткам, присущим этому методу сушки, можно отнести: периодичность действия; большие затраты ручного труда на загрузку и выгрузку материала; большие градиенты температур в слое твёрдых частиц вследствие относительно низких коэффициентов теплоотдачи.

При значительных потребностях в песке применяют горизонтальные и вертикальные механические сушильные печи. Горизонтальное сушило (рисунок 1.1) представляет собой барабан, имеющий ось с наклоном 3…6° к горизонту. Расход условного топлива составляет 50…100 кг на 1 т песка.

Оно состоит из топки 1, загрузочной воронки 2, барабана 6, механизма вращения печи, смонтированного на раме 10, опорных роликов 3, разгрузочной камеры 8 и вытяжной вентиляционной системы. Частота вращения барабана n = 2…10 об/мин (0,03…0,15 с – 1). Механизм вращения барабана состоит из электродвигателя 9, редуктора 7, уравнительной муфты 5, шестерни 11 и зубчатого колеса 4.

Частоту вращения барабана устанавливают путём перестановки сменных шестерен. Осевое перемещение барабана ограничивается опорными роликами 3, имеющими реборды.

8

6

4

Газ

1

3

11

7

5

10

9

Выгрузка

Загрузка

К вентиляции

2

Рисунок 1.1-Схема одноходового горизонтального сушила для песка

Барабанные сушила обеспечивают параллельное движение топочных газов и просушиваемого материала. В этом случае наиболее горячие газы соприкасаются с более влажным песком, и находящаяся в песке глинистая составляющая защищена от перегрева испаряемой влагой, чем обеспечивается высокое качество сухого песка.

Недостаток горизонтальных барабанных сушил – их большая длина. Однако, их можно делать двух- и трёхбарабанными, вставляя один барабан в другой и пропуская сушимый продукт последовательно через эти барабаны.

Трёхходовое барабанное сушило (рисунок 1.2) состоит из топки , загрузочной воронки , трёхходового барабана , разгрузочного желоба и механизма вращения барабана. Благодаря такой конструкции путь перемещения материала при сушке в барабане в 3 раза больше его длины, а значит, одна и та же производительность достигается при меньших габаритных размерах. Потери тепла в трёхходовой сушилке снижаются на 75 % по сравнению с одноходовой за счет снижения температуры отходящего газа и уменьшения поверхности контакта барабана с окружающей средой.

Рисунок 1.2-Трёхходовое барабанное сушило

Вертикальные сушила для песка строят по принципу многоходовых печей.