В.А. Старовойтов Установка подготовки сжатого воздуха с автоматическим управлением

Министерство образования Российской Федерации Государственное учреждение

Кузбасский государственный технический университет Кафедра электропривода и автоматизации

УСТАНОВКА ПОДГОТОВКИ СЖАТОГО ВОЗДУХА С АВТОМАТИЧЕСКИМ УПРАВЛЕНИЕМ

Методические указания к лабораторной работе по курсу “ Машины и установки типовых технологических

процессов “ для студентов специальности 180400

“Электропривод и автоматика промышленных установок

итехнологических комплексов “

икурсу “ Управление техническими системами “ для студентов специальности 170100

“ Горные машины и оборудование “ всех форм обучения

Составитель В.А. Старовойтов Н.М. Шаулева

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 15.02.02 Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией по специальности 180400 Протокол № 6 от 15.02.02 Электронная копия хранится

в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2003

1

1. ЦЕЛЬ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Цель работы – изучение принципов действия машин и аппаратов, составляющих установку подготовки сжатого воздуха требуемых параметров, а также технических средств для автоматического управления ею.

2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

2.1.Изучение принципов действия и устройства технических средств автоматизации установки.

2.2.Знакомство с технологической схемой подготовки сжатого

воздуха.

2.3.Изучение работы непрямой системы автоматического регулирования давления сжатого воздуха при двух различных режимах.

2.4.Изучение работы прямого регулятора давления (стабилизатора давления).

2.5.Изучение работы световой сигнализации.

3.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В процессах управления как на производствах строительных материалов, так и особенно на химических предприятиях достаточно широко используются пневматические средства автоматизации.

Работоспособность пневматических приборов и регуляторов в значительной мере зависит от качества воздуха, используемого в системах пневмоавтоматики. В связи с этим вопросам подготовки воздуха следует уделять повышенное внимание. На промышленных предприятиях используют системы пневмоавтоматики, предусматривают специальные компрессорные станции (установки) с магистральными и распределительными пневмопроводами для питания приборов сжатым воздухом определенного давления, осушенным и очищенным от масла, пыли, механических примесей и т.д.

Отечественная промышленность выпускает разнообразные установки, оборудование и аппаратуру для подготовки воздуха.

2

На рис. 1 приведена примерная технологическая схема станции приготовления сжатого воздуха.

Рис. 1. Технологическая схема станции приготовления сжатого воздуха

Через фильтры 1 воздух засасывается в компрессоры 2 и 3 (один из них находится в резерве), после компрессоров воздух поступает в воздухосборник (ресивер). Из воздухосборника воздух поступает в теплообменник, в котором он охлаждается до 300С водой. Далее воздух проходит через блок водомаслоотделителя 6. Блок водомаслоотделителя состоит из центробежного водомаслоотделителя и масляного фильтра. В центробежном водомаслоотделителе осуществляется грубая очистка воздуха от воды и масла. Тонкая очистка воздуха осуществляется в масляном фильтре, который представляет собой емкость, заполненную поглотителем, например активированным углем.

Осушка воздуха производится в блоке осушки 7, в котором используется абсорбционный метод поглощения водяных паров с регенерацией увлажненного абсорбента-силикагеля. Блок осушки воздуха состоит из двух емкостей, заполненных силикагелем. В то время как через одну из емкостей проходит осушаемый воздух, через вторую емкость продувается сухой горячий воздух (при температуре 200-2300С), способствующий удалению из силикагеля влаги. Процесс регенерации силикагеля горячим воздухом происходит в течение 2 ч. После этого силикагель охлаждается сухим воздухом. После 8 ч работы первой емкости воздух, подлежащий осушке, начинают пропускать через вторую емкость, а первую емкость включают в режим регенерации. После осушки воздух через регулирующий клапан 8 и обратный клапан 10 поступает в ресивер 11. Давление воздуха регулируется регулятором 9.

3

Накопившаяся влага в ресивере 4, теплообменнике 5 и блоке водомаслоотделения 6 сбрасывается через дренаж.

Давление на выходе станции приготовления сжатого воздуха составляет 0,4-1 МПа. Кроме системы централизованной подготовки воздуха непосредственно перед пневматическими приборами дополнительно устанавливают фильтры и редукторы для окончательной очистки воздуха и его редуцирования до рабочего давления питания. Фильтры и редукторы устанавливают как на группу приборов (например на приборы всего щита) или перед каждым прибором. В фильтре воздух очищается в две станции. При поступлении воздуха во внутреннюю полость фильтра его скорость резко снижается, вследствие чего из него выпадают крупные частицы пыли, влаги и масла. Тонкая очистка осуществляется при проходе воздуха через фильтры. В дне корпуса фильтр имеет запорный кран, через который конденсат, образующийся в фильтре, периодически продувается.

Отечественная промышленность выпускает фильтры воздуха типов ФВ-1,6, ФВ-6 и ФВ-25. Цифра в шифре фильтра характеризует его пропускную способность (1,6; 6,0; 25 м3/ч). Редуктор давления воздуха представляет собой мембранный регулятор прямого действия с ручным пружинным задатчиком. Для регулирования воздуха наиболее широко применяют редукторы давления воздуха типа РДВ и стабилизаторы давления воздуха типа СДВ.

Кроме того, отечественная промышленность выпускает сблокированные редукторы давления воздуха с фильтром типа РДФ-3 и блоки фильтра со стабилизатором давления типа ФСВ [1, c.576].

4. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Для обеспечения бесперебойного питания сжатия воздухом пневматических приборов в лаборатории используется установка, аналогичная рассмотренной на рис. 1. Из схемы подготовки воздуха изъяты теплообменник (5) и резервный компрессор (3), а регулятор прямого действия (9) установлен на выходе из ресивера (11). В качестве нагнетателя используют компрессор поршневого типа СО-7А.

Компрессор, нагнетая сжатый воздух, который, пройдя аппаратуру очистки сушки, попадает в окончательный ресивер и затем разводится по местам, где расположены пневматические приборы. Поддержание

4

необходимого уровня давления осуществляется автоматически с помощью периодического включения и выключения электродвигателя компрессора. Командная информация для этого вырабатывается и подается электроконтактным манометром типа ЭКМ-1У. Поскольку подобный метод регулирования давления сопровождается заметными пульсациями, на выходе конечного ресивера установлен стабилизатор давления воздуха.

Таким образом, собственно лабораторная установка, состоящая из технологического оборудования и управляющей системы, может быть представлена в виде схемы, изображенной на рис. 2.

Рис. 2. Схема автоматизации лабораторной установки подготовки сжатого воздуха:

1 – фильтр воздушный; 2 – компрессор; 3 – ресивер; 4 – аппаратура очистки и осушки воздуха; 5 – конечный ресивер (объект регулирования); 6 – стабилизатор давления воздуха СДВ-6; 7 – фильтр пневматического прибора; 8- переменный дроссель (редуктор); 1а – манометр электроконтактный ЭКМ-1У; 1б – кнопочная станция; 1в,г – реле электромагнитное промежуточное; 1д – магнитный пускатель; 2а – манометр избыточного давления; М – электродвигатель компрессора

5

Управляющая система вынесена на основе электроконтактного манометра, принцип действия и устройство которого иллюстрируется на рис. 3 [1, с. 97; 2, с. 48].

Рис. 3. Конструктивная схема (а) и внешний вид (б) электроконтактного манометра ЭКМ-1У

В отличие от обычного измерительного манометра, имеющего только показательную стрелку 1, электроконтактный манометр (ЭКМ) снабжен дополнительно еще двумя стрелками 2 и 3, к которым присоединены провода 6. Эти стрелки, называемые стрелками задания, в процессе работы неподвижны. Подвижной является только показывающая стрелка 1, отслеживающая действительное (текущее) значение давления сжатого воздуха в конечном резервуаре (ресивере) и тоже подсоединенная к электрической сети. Таким образом, если стрелка 1 переместится при падении давления влево и соприкоснется со стрелкой 2, электрическая цепь замкнется и загорится лампочка HL1 (рис. 3, а). В

6

случае возрастания давления соприкосновение стрелок 1 и 3 приводит к замыканию другой цепи, в результате чего загорается лампочка HL2.

Как следует из вышеизложенного каждый контакт стрелок вызывает появление в соответствующей цепи напряжения, которое может использоваться не только для загорания лампочек (сигнализация), но и для формирования команд управления (включения и отключения какихлибо исполнительных устройств). В данном случае команды подаются на включение или отключение магнитного пускателя, изменяющего поток электроэнергии, подаваемой на электродвигатель компрессора.

Следует отметить, что помимо дополнительных стрелок ЭКМ снабжен контактной группой 7, обеспечивающей замкнутое состояние электрической цепи с лампочкой HL1 при возрастании давления от 0 до заданного минимального значения диапазона регулируемого давления. Задание численных значений как нижнего (минимального), так и верхнего (максимального) уровней диапазона давлений сжатого воздуха производится поводком (4), приводимым в действие через винт задания

(5)с помощью отвертки.

Всистеме автоматического управления установок ЭКМ играет роль регулирующего устройства (регулятора), обеспечивающего формирование командных сигналов для достижения цели управления – получения сжатого воздуха в заданном диапазоне давлений. В качестве датчика текущего значения используется показывающая стрелка, приводимая в действие через механическую передачу манометрической (трубчатой) пружиной. Задатчиком служат стрелки задания, которые в сочетании с показывающей стрелкой можно рассматривать как устройство сравнения.

Магнитный пускатель, играющий в автоматической системе управления роль исполнительного механизма, относится к электромеханическим элементам автоматики. Он предназначен для преобразования слабого электрического сигнала (в нашем случае выходного сигнала от ЭКМ) в механическое перемещение (замыкание или размыкание) контактов в силовой цепи электродвигателя компрессора, т.е. в конечном итоге в более мощный электрический сигнал [3, с. 46].

По принципу действия магнитный пускатель (рис. 4, б) аналогичен электромагнитному реле (рис. 4, а).

7

Рис. 4. Конструктивное и условное обозначение на электрических схемах нейтрального электромагнитного (а) и прямоходового магнитного пускателя (б)

Действительно, при прохождении через катушки возбуждения (1) токов определенного значения, называемых токами срабатывания Iср, электромагнитные силы, преодолевая сопротивления пружин (2), мгновенно притягивают подвижные части магнитопроводов (3) (якоря) к неподвижным (4). При этом находящиеся на якорях и электрически изолированные от них контакты (5) перемещаются вместе с ними, вызывая разрыв внешней цепи (рис. 4,а) или же ее замыкание (рис. 4,б). Идеальные статистические характеристики будут при этом соответствовать изображенным на рис. 5. При отсутствии тока в катушках возбуждения контакты с помощью пружин возвращаются в исходное состояние.

	8
		Следует отметить, что как
		реле, так и электромагнитный
		пускатель имеют не один, а не-
		сколько разноименных контактов,
		позволяющих		коммутировать
		достаточно сложные схемы.
		Рассмотренные			выше	тех-
		нические средства автоматизации
		являются	основой	управляющей
		системы лабораторной установки.
		На рис. 6 представлена принци-
		пиальная электрическая схема ав-
		томатического			управления
		установкой.
	Рис. 5. Идеальные статистиче-	При	рассмотрении схемы
		следует	учитывать,		что	слева
	ские (релейные) характеристики для
	разного типа контактов	представлены силовые цепи A1-3,
		В1-2 питания электродвигателя М,

с компрессором К, а справа – слаботочные цепи управления с известными уже изображениями контактов реле P1 и Р2 и магнитного пускателя МП. Их катушки (обмотки) возбуждения обозначены на схеме в виде прямоугольников с одноимёнными буквенными обозначениями. Положение всех контактов нормальное, т.к. питание в схему не подано. Питание схемы осуществляется от трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В.

Для пуска установки необходимо подготовить схему к включению, для чего включается автоматический выключатель SA. При этом электродвигатель не включается, т.к. находящиеся в силовой цепи силовые контакты магнитного пускателя МП разомкнуты и для их срабатывания, т.е. замыкания, необходимо подать ток в его обмотку возбуждения, находящуюся в цепи управления (цепь 3).

Нажатием кнопки с самовозвратом SB1 в цепи 1 замыкаем нормально открытый её контакт и создаем цепь для протекания тока по обмотке реле P1, которое, срабатывая, замыкает свои контакты P1 в цепях 2 и 4. Контакты ЭКМ ''min'' изначально замкнуты. Таким образом, по цепи, в которой расположена обмотка МП, тоже начинает протекать ток, что вызывает замыкание его замыкающих контактов МП в цепях

9

управления 3 и силовой цепи A1, В1, C1 и, как следствие, запуск электродвигателя М компрессора.

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема автоматического управления установкой (без элементов сигнализации)

При прекращении нажатия на кнопку SU1 её замыкающий контакт под действием пружины размыкается (приходит в нормальное открытое состояние), разрывая цепь 1 питания обмотки Р1, что должно привести к размыканию контактов Р1,обесточиванию обмотки МП, разрыву всех его контактов и остановке электродвигателя. Однако этого не происходит, т. к. к замыкающему SB1 параллельно присоединен замыкающий контакт Р1 реле Р1, который после нажатия SВ1 уже был замкнут (см. выше). Благодаря этому при снятии пальца с пусковой кнопки SВ1 питание обмотки P1 осуществляется по параллельной цепи 2.