Выбор и обоснование аналога проектируемого устройства

1.2 Выбор и обоснование аналога проектируемого устройства

В результате проведённых патентных поисков аналога данного устройства найдено не было. Таким образом, оно является оригинальным. Однако за основу создания данного устройства был взят принцип работы УЧПУ станка

Настоящее изобретение относится к пневмокамерному насосу для транспортировки порошкообразных и мелкозернистых материалов, который может быть применен в производстве строительных материалов, черной и цветной металлургии, энергетической, химической и других отраслях для транспортировки цемента, порошкообразного угля, золы, формовочных смесей, колосниковой пыли доменных печей, различных концентратов и т.п.

Известны пневматические насосы, в которых транспортируемый материал загружается в верхнюю часть камеры, и сжатый воздух также подается в верхнюю часть камеры. Разгрузка камеры таких пневмокамерных насосов осуществляется неэффективно из-за рассеивания тепловой энергии в самом транспортном трубопроводе, что приводит к формированию противодавления, которое препятствует разгрузке пневмокамерного насоса (см., например, справочник "Пневмотранспортное оборудование" под редакцией М.П.Калинушкина и др., Л.: Машиностроение, Ленинградское отд.,1986). Наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пневматический насос ТА-28, разработанный ВНИИ стройдормашем совместно с Красногорским заводом цементного машиностроения. Известный насос содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи транспортируемого материала и клапаном выпуска воздуха, трубопровод сжатого воздуха с клапаном для подачи сжатого воздуха в камеру и трубопровод для транспортировки материала (см. указанный справочник, страницы 129-130, рис. 6-4).

Недостатком известного пневмокамерного насоса является увеличение противодавления в трубопроводе при смешении транспортируемого материала и транспортирующего агента (сжатого воздуха) из-за интенсивного теплообмена между материалом, например, цементом, имеющим температуру порядка 140°С, и воздухом, имеющим температуру порядка 20°С, что приводит к увеличению температуры сжатого воздуха внутри транспортного трубопровода. Это затрудняет разгрузку камеры известного насоса, в результате требуется подвод дополнительной механической работы в виде большего количества транспортирующего агента. В основу изобретения поставлена задача создать пневмокамерный насос, который позволял бы снизить удельный расход (количество кубических метров транспортирующего агента в пересчете на нормальные условия, Поставленная задача решается тем, что пневмокамерный насос содержит камеру с загрузочным клапаном для подачи материала и клапаном выпуска воздуха, трубопровод сжатого воздуха с клапаном для подачи сжатого воздуха в камеру и трубопровод для транспортировки материала, при этом насос включает компенсационную трубу с открытым концом и изогнутым концом, расположенным вблизи входа в транспортный трубопровод, причем на изогнутом конце размещено сопло и рассеиватель для формирования турбулентной струи из пылевоздушной смеси перед входом в транспортный трубопровод, и аэрационное устройство, которое размещено на выходе трубопровода сжатого воздуха для обеспечения противоточного конвективного теплообмена между сжатым воздухом и материалом, находящимся между аэрационным устройством и открытым концом. Согласно изобретению, стенка аэрационного устройства, которая обращена к открытому концу компенсационной трубы, выполнена полунепроницаемой для обеспечения прохождения сжатого воздуха через материал. Для обеспечения стабильной работы насоса при резких перепадах давления в трубопроводе сжатого воздуха на транспортном трубопроводе размещен дроссель. Причем дроссель присоединен к транспортному трубопроводу под острым углом, который обращен в сторону аэрационного устройства. Предпочтительно, чтобы длина прямолинейного участка компенсационной трубы удовлетворяла соотношению hм<l<Н, где hм - высота расположения уровня загрузки материалом камеры, Н - высота камеры. Для обеспечения ограничения подъема рассеивателя сопло выполнено в виде конического сопла, имеющего прямоугольную рамку. При этом на прямоугольной рамке установлен регулировочный винт, определяющий величину кольцевого зазора в конструкции сопло-рассеиватель. Рассеиватель выполнен в виде шара, снабженного канавками на поверхности для создания оптимальной турбулентной струи пылевозд. смеси.

1.3 Разработка структурной схемы

В данном разделе необходимо представить структурную схему (рис.1.3.1) разрабатываемого нами автоматизированного блока управления пневмокамерным насосом.

Структурной называется схема, которая определяет функциональные основные части изделия и связи между ними. Структурная схема лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей. Она определяет функциональные основные части изделия, их назначение и взаимосвязи, и служит лишь для общего ознакомления с изделием.

Составные части проектируемого устройства изображаются упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы, т. е. с применением условно-графических обозначений. Внутри каждого прямоугольника, функционального узла устройства, указаны наименования.

 

Рис.1.3.1

Структурная схема автоматизированного блока управления приведена на рисунке 1.3.1. В ее состав входят следующие функциональные блоки:

Контроллер- это центральный блок управления который согласует все блоки входящие в структурную схему и выполняет программу написанною на языке релейно-контактного программирования.

Блок управления – это система перекоммутации, т. е. набор ключей и кнопок обеспечивающих переключение между клапанами, и тем самым обеспечивающих подачу управляющих сигналов на контроллер и сигналов индикации.

Индикация управления (вх.сигнал) - представляет собой набор светоизлучающих элементов необходимых для визуальной индикации включения питания, режимов работы входных сигналов с ЭКМ и ВУ.

Промежуточные реле – набор релейных контактов дублирующих входные и выходные сигналы контролера во избежении выгорания контактов.

Датчик давления (ЭКМ)- электро-контактный манометр.

Уровень (ВУ)- датчик верхнего уровня.

Дыхатель, загрузка, выгрузка, вибратор – автоматизированные клапана.

1.3.1 Методы программирования LOGO

1.4 Разработка и обоснование принципиальной схемы

 

1.4.1 Программирование LOGO с помощью программы LOGOComfort_V5

1.4.2 Выбор элементной базы

Сигнализатор уровня

Сигнализация достижения определенных значений уровня в промышленных емкостях без постоянного непрерывного контроля, является стандартной, широко распространенной задачей. Существует широкий ряд общепромышленных датчиков разных типов как отечественного, так и импортного производства. В России подобные датчики называются реле уровня или датчиками-реле уровня. В зарубежной (англоязычной) литературе как правило употребляется термин «level limit switch» (предельный выключатель уровня).

Наиболее простыми и дешевыми приборами данного типа являются кондуктометрические датчики уровня. Они применимы для электропроводных жидкостей (более 0,2 См/м), таких как вода питьевая и технологическая, слабые растворы кислот, щелочей, стоки, большинство пищевых жидкостей, таких как пиво, квас и т.п. Принцип работы заключается в замыкании рабочей жидкостью (по достижении нужного уровня) чувствительного элемента (электрода) на корпус металлической емкости или на специальный дополнительный электрод. При этом возникает электрический ток, вызывающий срабатывание выходного реле и замыкание коммутируемой цепи.

Применимость кондуктометрических датчиков по условиям давления и температуры рабочего процесса в емкости находится в пределах 350°С и 6,3 МПа (как правило для стандартных исполнений 200 гр.С и 2,5 МПа) и определяется материалом изолятора электрода. Ограничения на применение данного типа датчиков могут накладывать такие свойства рабочей среды как сильное парение рабочей среды, сильное вспенивание, образование проводящих отложений на изоляторе или изолирующих отложений на чувствительном элементе. Примерами кондуктометрических сигнализаторов являются: РОС-301, ЭРСУ, САУ-М6, СУ-300И.

Емкостные датчики широко распространены и используются для определения наличия рабочей среды: как жидкой, так и сыпучей (порошки, цемент, гранулированные продукты), как электропроводной, так и неэлектропроводной. (Массовым применением емкостных датчиков, также, является детектирование наличия объектов, например при счете единиц продукции). Принцип действия датчиков основывается на изменении электрической емкости чувствительного элемента (ЧЭ) при контакте с рабочей средой. Пока ЧЭ не контактирует с рабочей средой электрическая емкость конденсатора, образованного частями ЧЭ или ЧЭ и стенками резервуара определяется диэлектрической постоянной воздушной среды (DK=1). При контакте электрическая емкость увеличивается, что приводит к увеличению частоты электрических колебаний в цепи и формированию сигнала преобразуемого в дальнейшем в срабатывание выходного реле.

Емкостные датчики отличаются большим разнообразием конструктивных исполнений для конкретных применений, могут быть стержневого, трубчатого типов, гибкие, тросовые и т.п. При выборе типа датчика должны учитываться в первую очередь, как состав контролируемой среды, так и ее диэлектрические свойства. Для датчиков работающих в проводящей среде необходимо выбирать конструкцию с изолированным электродом.

Функции датчика уровня может выполнять уровнемер типа РИС-101М1 стандартно обладающий возможностью задания до четырех уставок по диапазону измерения.

Поплавковые датчики уровня отличаются простотой и универсальностью. В простейшем варианте состоят из поплавка соединенного с механизмом переключения контактов с помощью механической или магнитной связи. Могут устанавливаться как в стенку емкости – горизонтально, так и вертикально – с помощью направляющих. В силу принципа действия и отсутствия электронной части эти датчики устойчивы к неблагоприятным внешним воздействиям (могут использоваться при температурах окружающей среды: -60 °С…+70 °С). Поплавковые датчики с успехом применяются в емкостях, где есть волнение жидкости, турбулентность, вибрации, вспенивание, для контроля уровня таких сред как вода пресная и морская, дизтопливо, керосин, масла, пищевые продукты с плотностью 0,75..1,2 г/см³ при температурах до 200 °С, давлении до 9 атм.

нестабильность срабатывания: ± 3…5 мм. Распространенные приборы этого типа: датчики серий РОС-400, РОС-401, реле уровня ДРУ-1ПМ, многоточечные датчики СУГ-М.

Буйковые сигнализаторы уровня, такие как ДУЖЭ-200М, ДУЖП-200М, состоят из буйка подвешенного на тросе соединенном с управляющим магнитом и контактным механизмом. Погружение буйка в жидкость приводит к появлению выталкивающей архимедовой силы, изменению усилия на тросе и замыканию или размыканию контактов. Данный тип сигнализаторов уровня может использоваться при очень высоком давлении до 20 МПа. Плотность рабочей среды: 0,6..1,5 г/см³, температура рабочей среды: -55 °С…+200 °С.

ДУЖЭ-200М имеют взрывозащиту «взрывонепроницаемая оболочка» и применяются, как правило, для контроля уровня агрессивных, взрывоопасных, легковоспламеняющихся жидкостей, а также сжиженных газов.

Датчики уровня по давлению (в качестве примера рассмотрим датчик-реле РО-1) устанавливаются на трубе опускаемой в жидкость и реагируют на изменение уровня через изменение давления запертого в трубе воздуха, являясь, по сути, реле давления. Когда труба погружается в рабочую среду на воздух, находящийся в ней, начинает действовать давление столба жидкости. При достижении заданного значения мембрана приводит в действие контактный механизм. Важным преимуществом такого датчика является отсутствие прямого контакта со средой и, следовательно, нечувствительность к таким свойствам жидкости как повышенная вязкость, неоднородность, химическая активность. Датчик настраивается на определенные точки срабатывания из стандартного ряда: 100, 180, 250, 340 мм. вод. ст. Точность срабатывания ±15 мм относительно заданного уровня.

Вибрационные сигнализаторы уровня широко распространены за рубежом и, в меньшей степени, в России и странах СНГ. Чувствительный элемент вибрационного сигнализатора, не будучи погружен в рабочую среду, совершает механические колебания на резонансной частоте возбуждаемые пьезоэлектрическим генератором. Погружение в рабочую среду – жидкость или сыпучий продукт приводит к изменению частоты колебаний, изменению электрических параметров цепи и преобразуется в дискретный выходной сигнал.

Вибрационные сигнализаторы мало зависят от физических свойств среды, могут работать в негомогенных, пенящихся, парящих, загазованных средах. Диапазон применимости датчиков по температуре -50°С..+250°С, давлению – до 64 атм., плотность рабочей среды –в пределах 0,5-2,5 г/см³. Датчики обеспечивают точность срабатывания +/-1 мм. Помимо предельных выключателей уровня, характерно применение вибрационных сигнализаторов в качестве датчиков сухого хода в трубопроводах. Вибрационные сигнализаторы выпускаются в широком диапазоне исполнений, в том числе для пищевых производств, взрывоопасных условий, агрессивных сред. Распространенными марками вибросигнализаторов являются серии OPTISWITCH фирмы Krohne , Liquiphant фирмы Endress+Hauser, Vibranivo фирмы UWT .

Ультразвуковые сигнализаторы реагируют на перекрытие продуктом линии распространения ультразвуковых колебаний. Чувствительный элемент представляет собой пару излучатель-приемник. Он может размещаться в емкости как горизонтально так вертикально. Электронный блок сигнализатора оценивает время распространения ультразвуковых волн и при нахождении отклонения замыкает или размыкает выходное реле. Погрешность срабатывания сигнализаторов типа УЗС составляет +/- 2 мм. (при вертикальной установке).

Ультразвуковые датчики отличаются надежностью и стабильностью рабочих характеристик. Могут использоваться при температурах до 250 °С, давлении до 16 бар. Ограничения на применение данного типа — те же, что и для всех контактных датчиков: налипание, образование отложений на ЧЭ, агрессивность рабочей среды по отношению к материалу ЧЭ (нержавеющая сталь) и т.п. Популярные ультразвуковые сигнализаторы это – УЗС-10Х, УЗС-20Х, УЗС-3ХХ, УЗС-4ХХ, УЗР-1.

Роторные (флажковые) сигнализаторы применяются для контроля уровня сыпучих веществ, в первую очередь, в условиях высокой запыленности. Могут применяться в пищевых и взрывоопасных производствах для продуктов с плотностью не ниже 100 г/л, с размером гранул до 50 мм. Типичные применения: сигнализация уровня в емкостях с зерновыми, пищевыми порошкообразными продуктами, сахаром, цементом, комбикормами. Чувствительный элемент (лопатка) роторного сигнализатора приводится во вращательное движение синхронным электродвигателем, который закреплен на шарнире внутри корпуса и подпружинен. Фиксация лопатки материалом рабочей среды приводит к появлению крутящего момента на корпусе синхронного двигателя, сжатию пружины и замыканию выходных контактов микропереключателя с одновременным размыканием цепи двигателя. При освобождении лопатки при падении уровня среды ниже контролируемого пружина возвращает контакты микропереключателя в разомкнутое положение и вновь замыкает цепь двигателя.

Электроконтактный манометр.

Электроконтактный манометр (рис. 71, а) имеет три стрелки: две неподвижные 3 и / и одну подвижную 2, устанавливаемую в зависимости от давления жидкости в системе. Стрелку 1 устанавливают на нижнем допустимом пределе давления, а стрелку 3 — на верхнем пределе. При достижении стрелкой 2 верхнего предела, т. е. стрелки 3, создается электрический контакт и отключаются гидравлические насосы. При падении давления, т. е. когда стрелка 2 достигнет стрелки 1, включаются насосы и подают жидкость в систему до 1 тех пор, пока стрелка 2 не сомкнётся со стрелкой 3.

Рис. 71. Электроконтактный манометр (а) и пневматический регулирующий термометр (б): 1 — неподвижные стрелки. 2 — подвижная стрелка, 4 —измерительная система, 5 — редуктор давления воздуха, 6 — воздушный фильтр, 7 — регулирующий орган

Для контроля за температурой плит используют ртутные термометры. Можно пользоваться показаниями парового манометра, имеющего деления, соответствующие определенной температуре нагревания.

Современные прессовые установки снабжены для контроля температуры дистанционными самопишущими пирометрами. Они состоят из термопары, закладываемой в отверстие плиты и присоединяемой проводником к самопишущему аппарату.

Для контроля и автоматического поддерживания температуры в греющих плитах прессов используют пневматический регулирующий термометр с приводом от часового механизма или синхронного двигателя. Часовой механизм имеет шестисуточный завод. Пневматический регулирующий термометр рассчитан на измерение температуры от 0 до 300° С.

В комплект регулирующего устройства пневматического термометра (рис. 11, б) входят четыре основных механизма: регулятор с измерительной системой 4, редуктор 5 давления воздуха, воздушный фильтр 6 и регулирующий орган 7 с клапаном. Принцип работы пневматических регулирующих термометров заключается в том, что измерительная система 4, передавая импульсы регулирующей системе, одновременно перемещает записывающее перо, которое записывает изменения температуры.

Для контроля за временем выдержки фанеры в прессе служат часы со световым или звуковым сигналом, а также специальные приборы — реле времени, устанавливаемые на пульт управления прессом.

Контроллер (логический модуль) LOGO.

Обзор

Логические модули LOGO! являются компактными функционально законченными универсальными изделиями. Они предназначены для построения простейших устройств автоматики с логической обработкой информации. Алгоритм функционирования модулей задается программой, составленной из набора встроенных функций. Программирование модулей LOGO!Basic может производиться с их клавиатуры без использования дополнительного программного обеспечения. Стоимостные показатели модулей настолько низки, что их применение может оказаться экономически целесообразным даже в случае замены устройств, включающих в свой состав 2 многофункциональных реле времени или 2 таймера и 3-4 промежуточных реле.

Области применения

·          Управление наружным и внутренним освещением, освещением витрин;

·          Управление коммутационной аппаратурой (АВР, АПВ и т.д.)

·          Управление технологическим оборудованием (насосами, вентиляторами, компрессорами, прессами);

·          Системы отопления и вентиляции;

·          Системы управления дорожным движением;

·          Конвейерные системы;

·          Управление подъемниками...

Состав

Серия продуктов LOGO! объединяет в своем составе логические модули LOGO!Basic и LOGO!Pure, модули ввода-вывода дискретных сигналов DM8, модули ввода аналоговых сигналов AM2, коммуникационные модули, модули бесшумной коммутации трехфазных цепей переменного тока LOGO!Contact, блоки питания LOGO!Power, аксессуары, а также программное обеспечение LOGO!Soft Comfort.

Сертификаты и одобрения

Модули LOGO! имеют морские сертификаты (ABS, BV, DNV, GL, LRS), сертификаты UL, CSA и FM, имеют знак CE, отвечают требованиям стандартов VDE 0631, IEC 1131, EN 55011 (класс B), ГОСТ Р 50377-92, ГОСТ 28244-89, ГОСТ 29216-91 (сертификат № РОСС DE.ME20.B00820).

Логические модули LOGO!Basic и LOGO!Pure

Логические модули LOGO! Basic характеризуются следующими показателями:

·          8 дискретных входов, 4 дискретных выхода.

·          30 встроенных функций, сгруппированных в библиотеки логических (GF) и специальных (SF) функций.

·          24 внутренних флагов.

·          Встроенный календарь и часы реального времени (кроме LOGO! 24).

·          Встроенный жидкокристаллический дисплей и клавиатура.

·          Интерфейс для установки модуля памяти или подключения кабеля ПК для программирования с компьютера.

·          Расширяемость до 24 дискр. вх. + 8 аналог. вх. + 16 дискр. вых..

Логические модули LOGO!Pure являются функциональными аналогами модулей LOGO!Basic, в которых отсутствуют дисплей и клавиатура. Программирование таких модулей производится либо с компьютера, оснащенного пакетом LOGO!Soft Comfort, либо установкой заранее запрограммированного модуля памяти. Все входы модулей могут использоваться для ввода дискретных сигналов. Напряжение питания входных цепей соответствует напряжению питания модуля. В некоторых моделях 2 из 8 входов имеют универсальное назначение. Они могут использоваться для ввода дискретных сигналов или аналоговых сигналов 0…10В. Различные модели модулей оснащены транзисторными или релейными выходами. Транзисторные выходы способны коммутировать токи до 0.3А в цепях напряжением =24В и оснащены электронной защитой от короткого замыкания. Релейные выходы способны коммутировать токи до 10А (активная нагрузка) или до 3А (индуктивная нагрузка) в цепях напряжением =12/24В, ~24В или ~/= 115/240В.

Маркировка модулей содержит в своем составе логотип LOGO!, за которым следуют буквенно-цифровые обозначения, характеризующие конструктивные особенности данной модели:

·          12/24, 24, 230: напряжение питания модуля.

·          R: релейные выходы.

·          C: часы реального времени и календарь.

·          o: модели LOGO!Pure без дисплея и клавиатуры.

Модули LOGO! Basic имеют 4, модули LOGO! Pure – 3 модификации:

·          LOGO! Basic: LOGO! 12/24RC; LOGO! 24; LOGO! 24RC и LOGO! 230RC.

·          LOGO! Pure: LOGO! 12/24RCo; LOGO! 24RCo и LOGO! 230RCo.

Расширение системы ввода-вывода

Для увеличения количества обслуживаемых входов-выходов и максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи к каждому логическому модулю LOGO! могут подключаться модули расширения. Подключение модулей расширения может производиться к новым моделям логических модулей, заказные номера которых заканчиваются кодом “…0BA4”.

Модули ввода-вывода дискретных сигналов DM8

Модули DM8 имеют 3 модификации: DM8 12/24R, DM8 24 и DM8 230R. Каждый модуль оснащен 4 дискретными входами и 4 дискретными выходами. DM8 могут подключаться только к логическому модулю с таким же уровнем напряжения питания.

Модули ввода аналоговых сигналов AM2 и AM2 PT100

Модули AM2 требуют для своей работы напряжения питания =12/ 24В. Они оснащены двумя входами для подключения датчиков с выходными сигналами 0…10В или 0… 20мА. AM2 PT100 преобразует резистивные значения термопар PT100 в температурный диапазон измерений –50…+200 °C с разрешением 1000 единиц. Модули могут подключаться к любому логическому модулю LOGO!..0BA4.

Коммуникационные модули

Коммуникационные модули позволяют производить подключение логических модулей к сетям AS-Interface, EIB Instabus и LON. Во всех трех сетях LOGO! способны выполнять функции интеллектуальных ведомых устройств. Коммуникационные модули могут подключаться ко всем типам логических модулей LOGO!…0BA4.

Модули LOGO!Contact

Модули LOGO!Contact предназначены для бесшумной коммутации трехфазных цепей переменного тока напряжением до 400В с активной нагрузкой до 20А или асинхронными короткозамкнутыми двигателями мощностью до 4кВт. Модули выпускаются в двух модификациях, отличающихся напряжением питания обмотки управления: =24В или ~230В.

Блоки питания LOGO!Power

Блоки питания LOGO!Power преобразуют сетевые напряжения ~115/230В в требуемое напряжение =12В и =24В. В каждом случае предлагаются два варианта для разных выходных токов.

Модули памяти

Для долговременного хранения резервной копии, защиты от несанкционированного доступа и копирования программы, а также переноса программ с одного логического модуля на другой может использоваться универсальный модуль памяти для версии LOGO!…0BA4

Программирование LOGO!

Программирование модулей LOGO!Basic может выполняться с клавиатуры с отображением информации на встроенном дисплее. Процесс программирования сводится к последовательному соединению встроенных функциональных блоков и заданию параметров настройки (задержек включения / выключения, значений счетчиков и т.д.). Для выполнения всех этих операций используется система встроенных меню. Готовая программа может быть переписана в модуль памяти, вставленный в интерфейс модуля LOGO!

Все встроенные функции хранятся в памяти логического модуля в виде двух библиотек. Библиотека GF содержит набор функций, выполняющих все основные логические операции. В библиотеку SF собраны специальные функции: триггеры, счетчики, таймеры, импульсные реле, компараторы, генераторы импульсов и т.д.

LOGO!Soft Comfort

Пакет LOGO!Soft Comfort позволяет производить разработку и отладку программ для LOGO! на компьютере, документировать программы и эмулировать работу разрабатываемого устройства. Поддерживается программирование в виде функциональных блоков и релейно-контактных схем. Пакет может работать под управлением операционных систем Windows 95/98/NT/ME/2000/XP, Linux, MAC OS-X. Готовая программа может загружаться в память логического модуля через кабель ПК или записываться в модуль памяти через специальное устройство LOGO!Prom.