Проектирование системы автоматического регулирования для строительных механизмов

Содержание

 

Введение

1 Расчёт и выбор  мощности двигателя

2 Проверка двигателя  по нагреву

3 Электромеханические  свойства электропривода

4 Функциональная схема  электропривода

5 Выбор элементов электропривода

6 Структурная схема  САР

7 Оценка качества регулирования

Вывод

Список используемых источников

 

Введение

Автоматизация производства – одна из основ качественной, конкурентоспособной продукции .

Эффективность управления производством в современных  условиях в значительной мере определяется наличием методов и технических средств управления качеством продукции на всех стадиях технологического процесса. Задачи управления качеством продукции, оптимизации технологических процессов решаются на базе комплексной автоматизации производства, широкого внедрения систем и средств автоматизации. Одним из основных условий успешного решения задач автоматизации производства является обеспечение систем автоматического управления технологическими средствами оперативного автоматического контроля параметров-характеристик автоматизированных технологических процессов − физических, химических и других величин, информация о которых необходима для обеспечения оптимального управления тем или иным процессом. Степень обеспеченности технологического процесса такими средствами наряду с уровнем механизации автоматизированного производства (процесса, передела) и достигаемые технико-экономические эффекты являются определяющими, а зачастую, и лимитирующими при оценке возможности и целесообразности организации автоматизированного управления, создания конкретных систем автоматизации в производстве сборного железобетона, а также других строительных материалов.

Основная цель автоматизации  производственных процессов – это  обеспечение экономии сырьевых и  топливно-энергетических ресурсов, сокращение ручных операций, улучшение условий труда при управлении агрегатами, процессами и производством в целом, то есть повышение технико-экономических показателей технологического передела, цеха, предприятия.

Учитывая необычайно широкие возможности  современной микро вычислительной техники для автоматизации, в частности наличие компактных запоминающих устройств, обладающих большой емкостью и позволяющих хранить в них довольно сложные программы управления, можно создать с помощью микропроцессорной техники машины с очень высоким уровнем автоматизации.

Микропроцессорная техника  придает системам автоматического  управления приготовлением бетонных смесей и растворов новую технологическую, функциональную, эксплуатационную гибкость и универсальность, простоту программирования и перепрограммирования при изменении состава технологического оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и надежность работы систем управления. Новые средства автоматизации технологических процессов в строительстве имеют ряд преимуществ , по сравнению с традиционными, как в части их построения, так и функциональных возможностей: простота перестройки системы с пульта управления , за счет изменения программы при замене технологического оборудования и изменении условий производства (схемные решения заменяются программными); диагностика работы оборудования и тестирования отдельных элементов самих систем управления; широкая информация о технологическом процессе, контроле и учете материалов; оптимизация технологических процессов в целях

Автоматизация производства строительных материалов постоянно совершенствуются, так как дают возможность увеличивать темпы строительства, снижать трудоемкость и стоимость работ, повышать их качество, улучшать и облегчать условия труда обслуживающего персонала, обеспечивать безопасность выполняемых работ.

Современные автоматизированные системы  управления были усовершенствованы до того, что дают возможность применять теперь контуры коррекции состава бетонной смеси в реальном времени, работать только с оптимальными схемами введения компонентов, а также использовать в работе круговое распыление воды в смесителе.

На бетонном производстве используется и автоматизация тепло  влажной обработки компонентов строительного материала. Это дает возможность дополнительно экономить энергетические ресурсы, а также постоянно повышать качество выпускаемого продукта. Применяется термообработка для того, что ускорить процесс отвердевания строительного материала. Для этого внедряется автоматизация специальных пароварочных камер.

Созданная система диспетчеризации дает возможность своевременно реагировать на тревожные сигналы даже с удаленного расстояния. Это позволяет оптимизировать работу инженерных коммуникаций, предотвратить аварийные случаи и возможные простои в работе.

С технической точки  зрения, автоматизация может рассматриваться как последний этап промышленной революции

 

1 Расчёт и выбор мощности двигателя

 

Таблица 1 – Исходные данные

 

№ п\п	Момент сопротивления на валу двигателя, Н · м		Момент инерции механизма кг · м	Время работы механизма, сек		Время паузы, сек	Диапазон регулирования скорости, Д	Максимальная скорость вращения механизма, об/мин,	Статическая погрешность поддержания скорости , %
	Mc max	Mc min	I кг · м2	tp1	tp2	t0
1	25	10	0,1	8	6	28	20	1500	0,5

 

Величины моментов инерции отдельных  элементов электропривода определяются расчётным или экспериментальным  методом.

Двигатель, в соответствии с заданием, работает при повторно- кратковременном режиме. Для предварительного выбора мощности двигателя, воспользуемся методом эквивалентного момента, т.к. считаем, что магнитный поток не изменяется: вычислим эквивалентный момент по формуле:

 

                                   (1)

 

Применительно к нашему механизму

 

 (2)

 

 

 

tp = tp₁ + tp₂ = 8 + 6 = 14 сек;

 

При выборе двигателя  из серии, предназначенной для повторно- кратковременных (ПК) режимов, условия ухудшения охлаждения двигателей учитываются при определении фактической продолжительности включения:

 

 (3)

 

 

Эквивалентный момент при  стандартном значении продолжительности  включения определяется:

  (4)

где  ПВ_С = 40%

Требуемая мощность двигателя:

 

                                             (5)

 

где  (1.1...1.6) – коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку                  

двигателя;  

   – скорость вращения двигателя;

 (6)

  – скорость вращения механизма,  с^–1;

   i – передаточное число редуктора, принять i = 1;

   V – линейная скорость поступательно движущегося

рабочего органа, м/с;

   R – радиус устройства, преобразующего вращательное движение в        

  поступательное, м.

 

;

;

.

 

По каталогу выбираем двигатель ближайший к расчётной  мощности и скорости.

Выбранный двигатель  при этом должен по роду и величине напряжения соответствовать сетям переменного или постоянного тока данного механизма; по конструктивному исполнению - условиям его компоновки с исполнительным органом и способом крепления на рабочей машине, а по способу вентиляции и защиты от действия окружающей среды - условиям его работы.

 

Двигатель постоянного тока серии 2ПФ:

h = 132 L, мм;

P_H = 5,5 кВт;

U_ном = 220 В;

n_Н = 1600 об/мин;

n_max = 4200 об/мин;

η = 80,5 %;

R_я = 0,269 Ом;

R_дп = 0,22 Ом;

R_ов = 20,6 Ом;

L_я = 5,7 мГн.

I_дв=0,03

 

 

 

2 Проверка двигателя  по нагреву

 

При проектировании предварительно выбранный двигатель должен быть проверен на нагрев и по перегрузке. Для этого построим тахограмму , рассчитав время разгона и торможения двигателя.

 

Рассчитаем коэффициент  двигателя:

 

                                            (7)

 

где  U – номинальное напряжение на двигателе, В.

 

Определим номинальный момент и  ток якоря двигателя:

 

                                                (8)

 

 

 

                                                (9)

 

 

.

 

Суммарный момент инерции  привода, приведённого к валу двигателя, рассчитаем с учётом момента инерции механизма:

                         (10)

 

где  (1,1 ÷ 1,2) – коэффициент, учитывающий момент инерции редуктора;

  J_МЕХ – момент инерции вращающихся частей механизма, кг · м².

J_дв = 0,07 кг·м²;

i = передаточное число редуктора = 1;

 

 

Для определения времени  пуска, замедления и построения нагрузочной  диаграммы М = f (t) обычно задаются средними пусковыми М_П и тормозными М_T моментами, определяем:

 

                                       (11)

 

где  Δω – изменение скорости при пуске и торможении.

 

; 

  ;

 

где   ; (12)

 

Величина этих моментов принимается равной:

 

                                     (13)

 

где  M_max.дв. – максимальный допустимый момент двигателя;

   λ = 2,5 – перегрузочная способность двигателя постоянного тока;

 

M_max.дв = λ · М_n = 2,5 · 32,9= 82,25 Н·м;

 

;

 

Зная диапазон регулирования скорости, найдём максимальную и минимальную скорости вращения механизма.

 

 

;

С учётом времени пуска, торможения, установившегося движения и паузы построим диаграмму токов I = f (t), учитывая, что пусковой и тормозной токи определяются:

                                     (14)

 

 

При действии статического момента на валу двигателя:

 

                                     (15)

 

;  

;

 

;

 

;

Для самовентилируемых двигателей необходимо учитывать ухудшение  условий охлаждения двигателей при  пуске и торможении, а так же во время паузы:

 

                        (16)

 

 

 (17)

 

где  α = 0,75 – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при работе двигателя с пониженными скоростями;

   β = 0,5 – коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при работе двигателя во время паузы;

;

 

Выбранный двигатель  будет проходить по нагреву, если:

 

М_эст = 18,24 Н·м < М_ном = 32,9 Н·м;

I_ЭСТ = 7,2 А < I_ЯНОМ = 25,1 А

Проверка двигателя  постоянного тока на кратковременную нагрузку заключается в сравнении наибольших величин тока и момента двигателя, которые находятся по нагрузочным диаграммам с максимально допустимыми значениями тока и момента для выбранного двигателя.

 

 

где  М_СМАХ, I_СМАХ – максимальные значения момента и тока в нагрузочных диаграммах;

  λ – коэффициент перегрузки двигателя.

 

М_смах = 25 < λ · М_ном = 2,5 · 32,9 = 82,25;

I_смах = 7,6 < λ · I_яном = 2,5 · 25,1 = 62,75.

 

Если предварительно выбранный двигатель не проходит по нагреву, либо по перегрузке, необходимо выбрать ближайший больший по мощности двигатель и повторить проверочные расчёты.

 

 

3 Электромеханические свойства электропривода

 

 

Электромеханические свойства электроприводов наиболее полно  и наглядно отражаются с помощью электромеханических ω=f(I) и механических ω=f(M) характеристик двигателей в электроприводе:

 

а) Для построения естественной механической характеристики двигателя воспользуемся уравнением:

 

                                     (18)

 

                                      (19)

 

;

 

 

Скорость идеального холостого  хода:

 

                                           (20)