Универсальная схема автоматизации процесса сушки

24.06.2015

Автоматизация контроля и управления процессом сушки обеспечивает высокую эффективность работы зерносушилок и сохранение требуемых качественных показателей зерна. В результате автоматизации увеличивается коэффициент использования зерносушилок, повышается надежность их работы, уменьшается расход топлива и электроэнергии, сокращается численность обслуживающего персонала.
В настоящее время практически для всех типов отечественных зерносушилок, выпускаемых серийно, разработаны проекты их автоматизации. В процессе монтажа сушилки оснащаются элементами автоматизации, однако в целом по стране сушилки с автоматизированным процессом сушки получили ограниченное распространение.
Характерной чертой современного уровня автоматизации отечественных зерносушилок являются: применение схем управления только по косвенным показателям качества (используются параметры состояния зерна, например температура зерна); разработка системы (и схемы) автоматизации для конкретного типа сушилки без возможного изменения технологической схемы с целью повышения производительности. Таким образом, весьма актуальна необходимость разработки универсальных систем и схем автоматизации с использованием серийно выпускаемых блочных элементов, позволяющих путем несложной перекомпоновки изменять схему управления не только одной и той же зерносушилки, но и целого класса наиболее распространенных типов зерносушилок с учетом возможных вариантов их реконструкции.
В наиболее полной мере этому требованию на сегодняшний день отвечает разработанная во ВЗИПП (ныне Московская государственная технологическая академия) Ю.А. Фоминым унифицированная система управления зерновыми элеваторами и складами (УСУЗЭС). Система состоит из унифицированных обезличенных блоков и позволяет реализовывать схемы управления различными типами элеваторов, СОБ и других подобных объектов, а также шахтными прямоточными и рециркуляционными зерносушилками. В УСУЗЭС пульт управления собирается из отдельных секций, имеющих ячейки для размещения блоков. Количество секций определяется технологической схемой автоматизируемого объекта и количеством блоков, подлежащих использованию. Так, для элеватора требуется от трех до шести секций, а для сушилки достаточно одной. При компоновке пультов управления элеваторами секции управления сушилками могут входить в общий пульт, образуя единый комплекс управления элеватором и сушилками.
Для достижения универсальности блоков и возможности использования их на предприятиях с разными технологическими схемами при определении их структуры за основу принимают наиболее сложный вариант технологической схемы, который только возможен. Если реальная схема не содержит отдельных элементов, то они исключаются из схемы управления специальными перемычками в межблочных соединениях. Это позволяет одни и те же блоки использовать для управления объектами с разными технологическими схемами. Ho для создания таких универсальных блоков необходимо предварительно провести тщательный анализ всех существующих технологических схем, а также учесть тенденции развития техники на ближайшее будущее.
При разработке блоков управления сушилками было проанализировано порядка сорока технологических схем сушилок, среди которых наиболее распространены: двухступенчатая шахтная прямоточная типа ДСП (а), шахтная прямоточная типа ДСП с комплектом устройства УI-У КЗ-50 для предварительного нагрева зерна (б), шахтная рециркуляционная двухконтурная (в), рециркуляционная «Целинная-50» двухконтурная (г); внедряемые — рециркуляционная РД-2х25 двухконтурная (й), рециркуляционная У2-УЗБ-50 (е), рециркуляционная А1-УЗМ-50 двухконтурная (ж); перспективна рециркуляционная «Целинная-100» двухконтурная (з) (индексация схем соответствует обозначениям в нижеприведенных таблицах 8.3, 8.4) и др.
Установлено, что схема блоков считается универсальной, если она обеспечивает управление следующим количеством машин и механизмов сушилки:

Кроме того, схема управления и сигнализации должна обеспечивать возможность подключения и использования следующих приборов автоматики:

Работа сушилки осуществляется в строгом чередовании определенных режимов, например, первый режим — заполнение, второй — замкнутая рециркуляция, третий — сушка и т.д. Количество режимов и их характер зависят от типа сушилки, ее технического оснащения, технологической схемы и т.д. Электрические схемы блоков предусматривают возможность работы в восьми режимах. Последовательность режимов в каждом конкретном случае задается схемой межблочных соединений и для данной сушилки является постоянной. Выбор машин, подлежащих запуску или остановке в режиме, положение элементов настройки и т. д., а также последовательность выполняемых операций задаются системой автоматически. Оператор пользуется только переключателем режимов и кнопкой выполнения команды. Такая система значительно упрощает работу оператора и исключает возможные ошибки.
Кроме того, система предусматривает возможность работы сушилки при выключенной топке. Это бывает необходимо, например, при охлаждении зерна в случае его самосогревания. Система автоматики предусматривает также определенную последовательность при запуске машин, что исключает недопустимые перегрузки трансформаторной подстанции на пусковых токах и холостые режимы работы машин.
Таким образом, блоки УСУЗЭС обладают широкими возможностями привязки их к сушилкам разного типа и могут выполнять все операции, связанные с управлением сушилкой. Однако в каждом конкретном случае на основании анализа технологической схемы должны быть определены точки контроля, режимы управления, необходимая последовательность операций и т.д. На основании этого анализа выбирают межблочные соединения, которые позволяют реализовать выбранную программу управления.
Одним из основных показателей режима сушки является температура зерна в различных зонах сушилки. Температуру зерна можно регулировать изменением температуры агента сушки. В табл. 8.3 и 8.4 приведены возможные варианты реализации такого регулирования.

При установившемся режиме сушки температуру агента сушки можно регулировать по двум каналам в следующем порядке:
- температура нагрева зерна θ количество сжигаемого топлива В → температура агента сушки t (t < tп.д) → предельно допустимая температура нагрева зерна θп.д (в случае, если регулировка осуществляется в зоне, куда подается агент сушки с наибольшим значением температуры; например, в шахтных прямоточных зерносушилках такой зоной является напорная камера второй ступени сушки);
- температура нагрева зерна θ → количество подсасываемого атмосферного воздуха L0 → температура агента сушки t → предельно допустимая температура нагрева зерна θп.д (в случае, если регулировка осуществляется в зоне, куда подается агент сушки с меньшим значением температуры; например, в шахтных прямоточных зерносушилках такой зоной является напорная камера первой ступени сушки).
При этом необходимо отметить, что первый канал регулирования не исключает необходимости изменения количества подаваемого в зону горения атмосферного воздуха в целях обеспечения условий полного сгорания топлива.
Первоначальная степень открытия дросселя, регулирующего количество подсасываемого атмосферного воздуха во второй канал регулирования, должна устанавливаться пропорциональным задатчиком, учитывающим соотношение допустимых температур агента сушки в регулируемых зонах, так как не имеет смысла устанавливать для этой зоны свой датчик температуры нагрева зерна.
Для пусковых режимов также очевидна необходимость регулирования температуры, но только с тем отличием, что предельно допустимые значения температуры агента сушки и зерна имеют более низкие значения (могут также устанавливаться автоматически с помощью пропорциональных задатчиков, учитывающих соотношение между допустимыми значениями температур в режиме сушки и в наладочном режиме).

Синхронная работа сушилок возможна лишь при правильном заполнении ее рабочих зон зерном. Уровень зерна в зонах сушилки контролируют по показаниям датчиков уровня либо за счет использования сливных устройств, исключающих возможность превышения критического уровня. В табл. 8.5 приведены возможные точки контроля уровня зерна в различных сушилках и способы предотвращения их переполнения.
Оснащение сушилки датчиками уровня является обязательным условием ее автоматизации. Только при надежной работе этих датчиков можно контролировать процесс сушки, своевременно переходить с режима на режим, избегать аварийных ситуаций и т.д. Однако часть этих датчиков должна работать при температуре 60...70 °С. Обычные мембранные датчики, например СУМ-1, в таких условиях работать не могут. В этой связи представляет интерес инфракрасный датчик уровня типа СУИ-1, разработанный Харьковским заводом «Спецэлеватор-мельмаш».
В комплект унифицированной системы управления зерновыми элеваторами и складами входят стойки и блоки управления зерносушилками. Их можно использовать как самостоятельно, так и встраивать в пульты управления элеваторами.
Стойки и блоки универсальны, поэтому их можно использовать для управления как рециркуляционными, так и шахтными сушилками разных типов. Блоки и стойки обеспечивают управление всеми машинами и механизмами сушилок (нории, вентиляторы, задвижки, шиберы, перекидные клапаны), а также осуществляют необходимые блокировки, управление топкой, контроль, сигнализацию и измерение основных технологических параметров (температура теплоносителя и зерна, влажность и уровень зерна), определяющих технологический процесс. Каждая сушилка обслуживается одной стойкой, поэтому количество таких стоек соответствует количеству сушилок на предприятии. Пульт управления сушилки состоит из следующих элементов:
- стойки для размещения блоков управления и влагомера (ширина 400 мм, высота 1300 мм, глубина 1000 мм);
- щита для логометров, который устанавливается на стойке (ширина 400 мм, высота 500 мм, глубина 300 мм);
- блока амперметров норий;
- блока контроля (К) для выбора точек измерения и аварийной информации;
- влагомера ПВЗ-20Д;
- блока управления сушилкой (У) с элементами сигнализации управления;
- вспомогательного блока управления машинами (А);
- вспомогательного блока балансовых реле (Б). Общая высота стойки со шкафом логометров 1800 мм.
По месту и на распределительном пункте (РП) устанавливаются следующие элементы:
- ящики местного управления машинами (наладочный режим);
- панели управления магнитными пускателями (на РП);
- датчики уровня (по три в начальной, конечной емкостях и в теплообменниках и по два в нагревателях);
- задвижки с электроприводом для подачи зерна;
- управляемые шиберы (с электроприводами), регулирующие доступ воздуха;
- термометры сопротивления (платиновые и медные);
- сигнализаторы температуры ТР-200;
- датчик влагомера ПВЗ-20Д (один);
- ящики ЯПMC для управления задвижками.
Количество элементов, размещаемых по месту, определяется технологической схемой и конструкцией сушилки. Термометры сопротивления и сигнализаторы температуры устанавливаются в точках: при температуре теплоносителя до сушилки (до 500 °C); температуре теплоносителя после сушилки (до 150 °C); температуре зерна в теплообменниках (до 100 °C).
Количество точек измерения по каждой группе — до девяти.
Количество точек сигнализации по каждой группе — до шести.
В схему управления предусматривается включать следующие элементы автоматики: прибор для контроля пламени ПКП-Ф; комплект для розжига топки; регулятор давления топлива прямого действия «после себя» РПД-1; манометр для контроля давления топлива (по месту); прибор для контроля давления распыляемого воздуха СПД-300; вентиль с электроприводом для подачи топлива; электромагнитный клапан отсечки топлива; счетчик топлива.
Кроме того, схемой предусмотрено управление вентилятором поддува и топливным насосом.
На лицевой панели блока контроля К размещают следующие элементы: переключатель логометра теплоносителя до сушилки (на девять точек ПТИ-М); переключатель логометра теплоносителя после сушилки (на девять точек ПТИ-М); переключатель логометра температуры зерна (на девять точек ПТИ-М); переключатель выбора шиберов, подлежащих управлению (на десять рабочих положений); реостат — задатчик положения управляемого шибера с тремя сигнальными лампами («открытие», «закрытие», «соответствие»); кнопки подачи и снятия команды управления шибером с сигнальной лампой; сигнальную лампу и кнопку кавитации аварийного звукового сигнала; сигнальные лампы аварийных состояний — «температура теплоносителя до сушилки»; «температура теплоносителя после сушилки»; «температура зерна»; «влажность зерна»; «опорожнение теплообменника»; «переполнение конечной емкости»; «переполнение нагревателя»; «нарушение работы топки»; «остановка горячих вентиляторов».
Кроме того, в блоке смонтирован звуковой сигнал аварийного состояния (звонок). С помощью блока осуществляется установка в нужные положения шиберов подсоса холодного воздуха и горячих вентиляторов, шиберов выпуска зерна и т. д. Настройка осуществляется по показаниям логометров и амперметра норий.
Блок управления (У) — основной блок, с которым работает оператор. На лицевой панели блока размещают следующие элементы управления и сигнализации: переключатель режимов управления; кнопку пусковой схемы; сигнальную лампу пусковой схемы; задатчик положения питающей задвижки сырого зерна с тремя сигнальными лампами («открытие», «закрытие», «соответствие»); сигнальные лампы уровня зерна в начальной (три) и конечной емкости (три); задатчик расхода топлива с тремя сигнальными лампами («открытие», «закрытие», «соответствие»); сигнальные лампы работы топки — «работа вентилятора поддува»; «работа топливного насоса»; «факел»; «зажигание»; «давление воздуха поддува»; тумблер отключения топки (при работе в режиме охлаждения зерна); сменную мнемосхему с сигнальными ламупами (мнемосхема устанавливается в зависимости от типа сушилки и соединяется с основной схемой блока с помощью разъемов).
Режимы работы сушилки задаются переключателем режимов на лицевой панели блока У. Этот переключатель имеет десять положений, в том числе восемь рабочих и два — полного включения.
В зависимости от типа сушилки и технологии сушки количество режимов может быть сокращено, и тогда используются не все положения переключателя. Каждому режиму соответствует определенная комбинация работающих машин, положений перекидных клапанов, открытия и закрытия задвижек и т. д. Позиции переключателя задаются таким образом, чтобы выбранные режимы по своей последовательности соответствовали требованиям технологического режима сушки. Например, первое положение — «заполнение сушилки», второе положение — «замкнутая рециркуляция и включение топки» и т. д.

В табл. 8.6 приведены некоторые возможные варианты режимов с распределением их по позициям переключателя.
Первые два варианта относятся к разным типам конструктивного и технологического исполнения сушилки «Целинная-100», третий и четвертый варианты — к разным исполнениям сушилки РД-2х25.
Во всех случаях наборы блоков и их схемы неизменны, меняется только схема межблочных соединений и мнемосхема на блоке У (сменная).
Каждая позиция переключателя определяет пуск определенных машин, однако пуск этих машин происходит только после нажатия оператором пусковой кнопки блока У. Останов машин, не работающих в режиме, осуществляется поворотом переключателя.
Схемы блоков предусматривают возможность управления 20 машинами: нориями, транспортерами, вентиляторами, топливным насосом, четырьмя группами элементов настройки (перекидных клапанов, шиберов), одной задвижкой сырого зерна (с возможностью регулирования истечения зерна), четырьмя двухпозиционными промежуточными задвижками и одним узлом отсечки зерна.
Кроме того, предусматривается возможность регулирования подачи топлива, автоматическое закрытие воздуховодов при пуске вентиляторов с последующим открытием и регулирование подсоса холодного воздуха.
Работа всех машин, положение перекидных клапанов, задвижек отображаются на мнемосхеме блока У в виде сигнальных ламп. Аварийные состояния отображаются лампами на блоке К и включением звукового сигнала.
Влажность зерна на выходе из сушилки измеряется влагомером ПВЗ-20Д, устанавливаемым на стойке, отклонение влажности от заданных пределов изображается лампами на блоке К и звуковым сигналом.
Температура теплоносителя и зерна измеряется логометрами, устанавливаемыми на щите логометров, а отклонение температуры выше допустимых пределов сигнализируется лампами по шести точкам в каждой группе и общими лампами в каждой группе на блоке К с одновременной подачей звукового сигнала.
Схемой предусмотрено выполнение следующих блокировочных зависимостей:
- автоматическое закрытие или невозможность открытия питающих задвижек в следующих ситуациях: переполнение емкости, куда поступает зерно; останов транспортных машин, на которые поступает зерно; несоответствие установки перекидных клапанов;
- прекращение (мгновенное) подачи топлива в следующих ситуациях: останов вытяжных и дутьевого вентиляторов; затухание факела; падение давления в магистрали дутьевого вентилятора;
- прекращение подачи топлива через заданный промежуток времени (от 1 до 100 с; задается оператором) в следующих ситуациях: при превышении температуры зерна в одной из шести контролируемых точек; отклонении температуры теплоносителя от заданных пределов на выходе из сушилки (до шести точек);
- невозможность пуска машины с нарушением последовательности, определенной технологией пуска сушилки (за исключением случая перехода на местные элементы управления).
Пуск нескольких машин одновременно (за исключением элементов настройки) невозможен. Пуск осуществляется по двухтактной схеме, последующая машина запускается только через 10...15 с после пуска предыдущей.
Пуску машин предшествует предупредительный сигнал по месту (10...15 с).
Таким образом, перевод сушилок на автоматизированное управление позволит повысить качество сушки, избежать потерь и сократить расход топлива и электрической энергии. Однако это возможно только в том случае, если схемы управления сушилками будут соответствовать технологическим требованиям, будут надежными, универсальными и достаточно простыми в изготовлении, монтаже и обслуживании. Поскольку для сушки зерна используются разные типы сушилок, отличающиеся производительностью, технологическими схемами, используемым оборудованием и режимами сушки, то и схемы управления ими различны. Однако изготовление промышленностью большого количества схем управления, разных пультов управления значительно усложнит производство, монтаж и их эксплуатацию. Поэтому в настоящее время наиболее целесообразным является создание унифицированных блочных систем управления, которые могут быть привязаны к любому типу сушилки.
В основу таких систем положены универсальные блоки с применением бесконтактных элементов и микропроцессорных схем, которые могут использоваться в сушилках различного типа. При этом на бесконтактное управление должны быть переведены и все привода машин сушилок.
Другой важный вопрос, который должен быть решен для успешного внедрения систем автоматизированного управления, — разработка алгоритмов и технологического регламента процесса сушки.
И наконец, должна быть отработана приборная база для систем управления, т.е. разработан ряд надежных и точных приборов, по которым можно получать необходимую информацию о параметрах процесса. В первую очередь это относится к поточным влагомерам зерна.