Автоматизация технологического процесса производства цемента с регулированием уровня загрузки и вязкости шлама в цементной мельнице

На функциональной схеме автоматизации процесса помола сырьевых компонентов, а также на блок-схеме регулирования загрузки мельницы введены и показаны корректирующие воздействия от изменения уровня загрузки в первой камере на системы автоматического регулирования подачи воды и глиняного шлама от усилительно-преобразующего блока 1б (уровень загрузки в первой камере). Сигнал через дифференциатор 1л поступает на регулятор расхода воды 2в, а через дифференциатор 6е -- на регулятор расхода глиняного шлама 6в.

На основании расчетных данных устанавливают заданные значения величин времени дифференцированиями демпфирования и добиваются более устойчивой работы всей системы автоматического регулирования процесса помола.

3 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СХЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ

Под надежностью схемы понимается ее способность безукоризненно выполнять свои функции в течение определенного времени в заданных режимах работы. Она является главным требованием к схеме. Надежность включает в себя следующие качественные показатели:

1 Безотказность-свойство изделия сохранять свою работоспособность в течение некоторого времени.

2 Ремонтопригодность - приспосабливаемость изделия к обнаружению и устранению неисправностей.

3 Долговечность-способность объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния.

4 Сохранность-это свойство объекта непрерывно находиться в исправном состоянии при хранении и транспортировании.

Количественной характеристикой надежности являются отказы, вероятность безотказной работы, интенсивность отказов и наработка на отказ.

Отказ это нарушение работоспособности изделия. Отказы делятся на:

1 Полный отказ. При его возникновении работа невозможна до полного устранения отказа.

2 Частичный отказ. Связан с ухудшением одной из характеристик.

3 Внезапный отказ. В результате скачкообразного изменения, какого-либо параметра

(короткого замыкания).

4 Постепенный отказ. Параметры системы постепенно выходят из допустимых пределов.

5 Зависимый отказ. Возникает в системе из-за отказа другого элемента.

Требования надежности обеспечиваются:

1 Применением надежных приборов.

2 Оптимальными режимами работы.

3 Резервированием наиболее ответственных цепей схемы.

4 Автоматизированным контролем за неисправностью схемы.

5 Запретными блокировками.

6 Сокращением времени нахождения элементов в схеме под напряжением.

Количественные характеристики расчета надежности:

Р(t) - вероятность безотказной работы. Это вероятность того, что в пределах заданного времени отказа не возникнет. Величина безразмерная.

л(t) - интенсивность отказов, т.е. частота отказов в системе в единицу времени. Измеряется в единице, деленной на час или час в минус первой степени.

То - наработка на отказ. Ожидаемое время работы до отказа элемента или системы.

Интенсивность отказа рассчитывается по формуле:

, (1)

где л(t) - интенсивность отказа одного прибора, выбирается по таблице.

- интенсивность отказа табличная.

К1 - коэффициент, зависящий от вибрации.

К2 - коэффициент, зависящий от ударной нагрузки.

К 3 - коэффициент, зависящий от температуры и влажности.

К 4 - коэффициент, зависящий от давления.

Ьi - коэффициент, зависящий от загрузки оборудования.

Общая интенсивность отказа схемы рассчитывается по формуле:

, (2)

где -интенсивность отказов элемента в данных условиях эксплуатации.

- количество элементов с .

i - количество разновидностей элементов по типам.

Таблица 1 Коэффициенты, зависящие от вибрации и удара

Условия эксплуатации	К1	К2
1 Лабораторные	1,00	1,00
2 Стационарные	1,04	1,03
3 Автофургонные	1,35	1,08
4 Железнодорожные	1,40	1,10
5 Корабельные	1,30	1,05
6 Самолетные	1,45	1,13

Таблица 2 Коэффициент, зависящий от температуры

Влажность %	Температура С	К3
60-70	20-40	1,0
90-98	20-25	2,0
90-98	30-40	2,5

Таблица 3 Коэффициент, зависящий от давления

К4	1,00	1,05	1,10	1,14	1,16	1,20	1,25	1,30
Высота над уровнем моря	0-1	1-2	2-3	3-5	5-6	6-8	8-10	10-15

Влияние загрузки оборудования оценивается по коэффициенту загрузки Ьi

Для загрузки оборудования от 10% до 100% Ьi = 0,25 ... 1

Таблица 4 Влияние загрузки оборудования

% загрузки	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Ьi	0,31	0,35	0,42	0,54	0,62	0,74	0,85	0,92	1,00

Приняты стационарные условия, при которых К1 = 1,04; К2 = 1,03 Стационарные условия подходят к условиям эксплуатации рекуператоров, а именно учитывают воздействия вибрации к ударной нагрузке в закрытом помещении на заводе.

Принято значение влажности 60-70%, и значение температуры 20-40 °С при которых КЗ = 1,0.Принята высота над уровнем моря от 0 до 1 км., что применимо к Воронежской области. Для удобства упрощения расчёта найдено произведение коэффициентов (формула 3)

К = К1 * К2 * КЗ * К4 (3)

К=1,04*1,03*1,0*1,00=1,07

На основании выбранных приборов заполнена таблица для расчёта надёжности

Таблица 5 Сводные данные для расчета надежности схемы автоматизации

Наименование прибора	ч	К	К%	Ьi	ч	Кол n	ч
1	2	3	4	5	6	7	8
Датчик	0,35	1,07	100	1,00	0,02	6	0,14
Регулятор	1,80	1,07	30	0,35	0,67	5	3,37
Исполнительный механизм	1,30	1,07	30	0,35	0,48	8	3,89
Переключатель режимов работы	1,34	1,07	10	0,25	0,35	5	1,79
Показывающий прибор	1,80	1,07	30	0,35	0,67	10	6,74
Задатчик	0,12	1,07	100	1,00	0,12	5	0,64
Магнитный пускатель	0,24	1,07	10	0,25	0,06	4	0,25
Лампы накаливания	0,34	1,07	10	0,25	0,09	2	0,18
Усилитель	0,54	1,07	100	1,00	0,57	4	2,31
Сигнализирующий прибор	0,46	1,07	10	0,25	0,12	2	0,24
Провода соедените-льные	0,015	1,07	100	1,00	0,01	1	0,01

 (4)

Таблица 6 К расчету надежности. Значения лio 10-6 1/ч

Приборы и устройства	лio 10-6 1/ч
Исполнительный механизм	1,30
Показывающий прибор	1,80
Регистрирующий прибор	1,25
Регулятор	1,80
Датчик	0,35
Задатчик	0,12
Магнитный пускатель	0,24
Усилитель, преобразователь	0,54
Сигнализирующий прибор	0,46
Лампа накаливания	0,34
Провода соединительные	0,015
Кабели	0,475

лi1(t)=0,35*10-6*1,07*1,00=0,02*10-6(ч)

лi2(t)= 1,80*10-6*1,07*0,35 =0,67*10-6(ч)

лi3(t)=1,30*10-6*1,07*0,35=0,48*10-6(ч)

лi4(t)=1,34 *10-6*1,07*0,25=0,35*10-6(ч)

лi5 (t) =1,80*10-6*1,07*0,35=0,67*10-6(ч)

лi6(t)=0,12 *10-6*1,07*1,00=0,12*10-6(ч)

лi7(t)=0,24*10-6*1,07*0,25=0,06*10-6(ч)

лi8(t)=0,34 *10-6*1,07*0,25=0,09*10-6(ч)

лi9(t)=0,54 *10-6*1,07*1,00=0,57*10-6(ч)

лi10(t)=0,12*10-61,07*1,00=0,12*10-6(ч)

лi11(t)=0,015 *10-6*1,07*1,00=0,01*10-6(ч)

лi1общ.(t)=0,02*10-6*6=0,14*10-6(ч)

лi2общ.(t)=0,67*10-6*5=3,37*10-6(ч)

лi3общ.(t)=0,48*10-6*8=3,89*10-6(ч)

лi4общ.(t)=0,35*10-6*5=1,79*10-6(ч)

лi5общ.(t)=0,67*10-6*10=6,74*10-6(ч)

лi6общ(t)=0,12 *10-6*5=0,64*10-6(ч)

лi7общ.(t)=0,06 *10-6*4=0,25*10-6(ч)

лi8общ.(t)=0,09 *10-6*2=0,18*10-6(ч)

лi9общ.(t)=0,57 *10-6*4=2,31*10-6(ч)

лi10общ.(t)=0,12 *10-6*2=0,24*10-6(ч)

лi11общ.(t)=0,01 *10-6*1=0,01*10-6(ч)

лiобщ.(t)=(0,14+3,37+3,89+1,79+6,74+0,64+0,25+0,18+2,31+0,24+0,01) *

*10-6=19,59*10-6(ч)

p(t)100=1-19,59*10-6*100=0,999

p(t)1000=1-19,59*10-6*1000=0,99

p(t)10000=1-19,59*10-6*10000=0,1

T0=1/19,5910-6=51103 (ч)

Рисунок 3 - График зависимости вероятности безотказной работы от времени

Вывод: Данная система является надёжной, так как наработка на отказ (Т0) составляет 5,2 лет

4. ИССЛЕДОВАНИЕ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ АВТОМАТИЗАЦИИ

В практике производства цемента существуют сложные технологические объекты - шаровые мельницы. Разработка систем автоматического регулирования для этого агрегата представляет значительные трудности, т.к. надо знать показатели, наиболее полно характеризующие протекание тех. процесса и связь их между собой.

Кроме того, при рассмотрении динамических характеристик объектов считалось, что возмущающие воздействия носят определенный (детерминированный) характер и имеет форму ступенчатого, прямоугольного сигнала.

Но в промышленных условиях объекты регулирования непрерывно находятся под воздействием разнообразных возмущений.

В таких случаях для анализа линейных систем используется аппарат теории случайных процессов.

Случайным процессом называется процесс изменения случайной величины во времени.

Случайной величиной называется величина, значение которой не может быть точно предсказано и которая меняется в зависимости от случая.

Вместо термина "случайный" обычно используют понятия стохастический и вероятностный.

Математическим ожиданием величины Y называется среднее значение случайной величины Y, определенное по множеству ее возможных значений.

m=M(Y) , (5)

где М - среднее значение случайной величины

Математическое ожидание

=, (6)

где - сумма всех значений случайной величины при всем количестве наблюдений,

n - число наблюдений.

Дисперсией называется среднее значение квадрата отклонения случайной величины Y от среднего значения.

, (7)

где - математическое ожидание,

у - случайная величина.

Среднеквадратичным отклонением называется величина, характеризующая среднюю изменчивость изучаемого свойства объекта.

(8)

Среднеквадратичное отклонение

, (9)

где - сумма квадратов отклонений всех значений параметра от среднего арифметического

n - число наблюдений, знаки + и - показывают, что отклонения могут быть в ту и другую сторону от среднего значения.

Для оценки точности результата измерения можно воспользоваться вероятной погрешностью.

Вероятная погрешность результата измерений, т.е. среднего арифметического значения при нормальном законе распределения случайных погрешностей равна

(10)

Такой способ определения справедлив только при большом количестве измерений, n

На практике число измерений может быть меньше.

Поэтому определяют доверительный интервал.

Используют коэффициенты Стьюдента , которые зависят от доверительной вероятности Р и количества измерений n.

Для определения доверительного интервала среднюю квадратичную погрешность надо умножить на коэффициент стьюдента .

Окончательный результат измерения можно записать так :

(11)

Тонкость помола влияет на скорость схватывания и твердения, а так же на прочность затвердевшего цемента: чем тоньше измельчен цементный клинкер, тем быстрее и полнее протекает взаимодействие цемента с водой и тем выше будет его прочность. Тонкость помола устанавливается ситовым анализом. Мы провели такой анализ. При этом получены результаты:

Р1=2800 см2/г

Р2=2850 см2/г

Р3=2900 см2/г

Р4=2800 см2/г

Нужно определить интервал, в котором находится значение измеряемого параметра с доверительной вероятностью Р=0,99

РЕШЕНИЕ:

1.Находим среднее значение Р

(12)

2.Находим остаточные погрешности измерений с

3.Находим среднеквадратичную погрешность измерений

(13)

4.По таблице 7 находим для Р=0,99 и n=4 =5,8

5.Тогда искомое значение параметра будет иметь вид

Р=2837,5

Таблица 7 Коэффициенты Стьюдента t

Число измерений N	Доверительная вероятность Р
	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	0,95	0,98	0,99	0,999
2	1,00	1,38	2,0	3,1	6,3	12,7	31,8	63,7	636,6
3	0,82	1,06	1,3	1,9	2,9	4,3	7,0	9,9	31,6
4	0,77	0,98	1,3	1,6	2,4	3,2	4,5	5,8	12,9

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5