9.2 Автоматизация процессов дозирования

Дозирующие устройства находят применение на различных участках технологических линий предприятий дорожного строи­тельства. Их используют для дозирования сыпучих и жидких ма­териалов, в них может быть заложен объемный или весовой принцип дозирования, порционный или непрерывный способ пе­реработки поступающих материалов. Однако, учитывая только те особенности дозирующих устройств, которые определяют выбор способа автоматизации, их можно классифицировать на цикличе­ские и непрерывные.

Весовые дозаторы непрерывного действия предназначены для выдачи постоянного количества материала в единицу времени. Например, дозаторы марки С-613 производительностью 7-30 т/ч служат для весового непрерывного дозирования инертных заполнителей бетона с максимальной крупностью до 40мм, на передвижных бетоносмесительных установках непрерывного действия работающих на открытом воздухе. Это и определяет конструкцию дозатора с простой механической системой регулирования.

Рисунок 9.1 – Схема дозатора марки С-613

Чувствительным элементом системы регулирования служит весовой транспортер маятникового типа, подвешенный на призменной подвеске. Изменение производительности дозатора Q преобразуется весовым транспортером в момент силы тяжести М и в угол поворота φ транспортера. С рамой весового транспортера связана заслонка, которая определяет величину слоя материала на ленте, а тем самым и производительность дозатора. Значение времени запаздывания таких дозаторов составляет от 5 до 30 сек, что сказывается на качестве приготовления смеси.

Однако колебания напряжения и частоты питающей сети, а также нагрузочного момента привода ленты приводят к значительной нестабильности скорости ленты и существенным ошибкам дозирования. Именно поэтому в настоящее время создается все большее число систем дозирования, в которых регулирование осуществляется непосредственно по расходу. Принцип действия таких дозаторов основан на компенсации отклонения расхода от заданного. Расход получается умножением сигналов, пропорциональных массе материала и скорости ленты конвейера. Управляющее воздействие осуществляется путем изменения скорости ленты. В качестве примера подобных систем управления может быть рассмотрен дозатор С-781, предназначенный для дозирования цемента и других пылевидных материалов.

Автоматический регулятор такого дозатора включает в себя: весовой ленточный транспортер, являющийся чувствительным элементом; преобразователь, преобразующий изменение веса материала в электрический сигнал или сигнал другого типа; регулятор и регулирующий орган или исполнительный механизм, обеспечивающий поддержание постоянства подачи материала питателям. Схема такого дозатора имеет вид:

Рисунок 9.2 - Схема дозатора марки С-781

Здесь постоянство соотношения подачи материалов обеспечивается за счет регулирования скорости приводных двигателей. Это достаточно точная система, но требует в приводе двигатели постоянного тока.

Теперь рассмотрим непрерывный дозатор с электрической системой автоматического регулирования, дозатор С-313 с параллельным конвейером, который работает по следующей схеме.

Рисунок 9.3 - Схема автоматического дозатора марки С-313

Лен­та весового конвейера 2 при­водится в движение через редуктор от двигателя. Виб­ропитатель 4 с постоянной производительностью подает на ленту дозируемый мате­риал. Действующее от массы усилие на ленту конвейера передается через рычажную систему 3 на уравновешивающую часть 1. Отклонение рычага с уравновешивающим грузом от заданного положения вызывает соответствующее перемещение плунжера индуктивного датчика 6. От него сигнал через электронную аппаратуру 5 передается элек­тромагнитному вибропитателю.

Производительность вибропитателя можно изменять, повы­шая или понижая напряжение в обмотках его электромагнитов. Можно менять при необходимости наклон лотка, скорость движе­ния ленты, положение уравновешивающего груза.

Рассмотренные принципиальные схемы дозаторов непре­рывного действия позволяют синтезировать достаточно общую для них функциональную схему автоматического управления (рисунок 9.4), которая состоит из объекта управления — питателя 1, подающего материал на ленту конвейера, и собственно автомати­ческого регулятора.

Рисунок 9.4 – Функциональная схема дозаторов непрерывного действия

Регулятор включает в себя: ленточный конвейер 2, который играет роль чувствительного элемента системы управления; уси­лительно-преобразующие элементы 3 (весовой механизм и дат­чик), преобразующие изменения массы материала на ленте кон­вейера в электрический сигнал; промышленный регулятор 4, формирующий закон управления и воздействующий через регу­лирующий орган 5 на расход материала питателем.

Наиболее важными особенностями непрерывных дозаторов, рассматриваемых как системы автоматического регулирования расхода сыпучих материалов, является способ управления.

Способ регулирования характеризуется видом информации о текущем значении расхода.

При этом существенным является уравнение:

Q = s γ h V υ,

определяющее зависимость между расходом Q питателя, массой материала на ленте конвейера и скоростью ленты υ (γ — насыпная плотность материала, s и h — соответственно ширина конвейер­ной ленты и высота слоя материала на ней).

Существует большое количество различных модификаций дозирующих устройств, в которых скорость ленты конвейера принимается постоянной (например, рассмотренные ранее дозато­ры С-613 и С-313), а измеряемый сигнал от массы материала на ленте — пропорциональным значению расхода. Дозаторы такого типа называются дозаторами с регулированием по массе. Общим для всех вари­антов управления является наличие нерегулируемого привода скорости ленты конвейера.

Принцип управления, основанный на поддержании неиз­менного среднего значения массы материала на ленте конвейера, осуществляется по косвенному параметру. Такое управление эф­фективно только в том случае, если косвенный параметр полно­стью характеризует процессы, происходящие в объекте.

Рассмотренные выше схемы непрерывного дозирования могут быть упорядочены по критерию минимума ошибки дозирования. Наименьшими потенциальными возможностями обладают дозаторы с управлением по массе. В первую очередь это вызвано нестабильностью скорости привода и инерционностью регулятора.

Повышения качества дозирования можно добиться за счет применения дозаторов с управлением по производительности. Дальнейшее улучшение динамических параметров дозаторов непрерывного действия требует усложнения структуры системы управления.

Можно предполагать, что если управляющее воздействие, пропорциональное сигналу ошибки, подавать не только на привод ленты конвейера, но и на питатель, т.е. управлять одновременно скоростью ленты и производительностью питателя, то можно еще более снизить ошибку дозирования. Для реализации такой структурной схемы необходимо, чтобы сигнал, пропорциональный управляющему воздействию (скорости ленты), оказывал влияние также и на высоту слоя материала на ленте конвейера, и тем самым уменьшал влияние возмущающего воздействия. Принципиальная схема такого дозатора может иметь следующий вид:

Рисунок 9.5 - Принципиальная схема дозатора С-633

Это дозатор С-633 с прямой системой регулирования массы материала на ленте конвейера и регулируемым приводом ленты (рисунок 9.5). Чувствительным элементом автоматической системы служит конвейер маятникового типа, подвешенный на призменной подвеске, ось которой находится на средней линии бункера. Изменение производительности дозатора Q, вызванное, например, изменением насыпной массы материала, преобразуется конвейером в момент силы тяжести Л/и в угол поворота φ конвейера. С рамой конвейера шарнирно связан рычаг заслонки, который определяет толщину слоя материала на ленте, а тем самым и производительность дозатора. Дозатор с помощью задатчика З может быть перенастроен на новую производительность местным изменением скорости движения ленты, которая измеряется тахогенератором ТГ. Стабилизация скорости конвейера обеспечивается регулятором АР через исполнительный механизм ИМ и вариатор В.