МИКРОКОНТРОЛЛЕРНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ИЗДЕЛИЙ

Заявляемая полезная модель относится к автоматизации процессов сушки, а именно к регулированию процесса сушки керамических материалов в камерной конвективной сушилке и может быть использована в производствах керамических изделий.
Известная противоточная сушилка, описанная в способе автоматического регулирования процесса сушки керамических изделий, содержащая корпус, регулятор с исполнительным механизмом, дополнительные регуляторы с исполнительными механизмами, датчики температуры, датчики влажности, суммирующий датчик, задатчики геометрических размеров, количества «опирающих» компонентов и дополнительный регулятор с исполнительным механизмом [1]. Недостаток известного способа заключается в использовании природного газа в качестве теплоносителя, описание камерной конвективной сушилки как многозонного объекта, отсутствие возможности дистанционного управления сушилкой.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для сушки керамических изделий, описанное в способе автоматического регулирования процесса сушки керамических изделий [2], содержащее смесительную камеру, связанную с сушилкой входной магистралью, содержащей датчик температуры свежего теплоносителя, датчик расхода теплоносителя, и регулирующий орган. Сушилка снабжена датчиком исходной температуры высушиваемых изделий и связана с выходной магистралью, содержащей датчик влажности отработавшего теплоносителя и
датчик температуры точки росы отработавшего теплоносителя. Выходная магистраль связана с обратной магистралью, которая в свою очередь связана со смесительной камерой. Кроме того, датчик расхода теплоносителя связан с регулятором, который связан с регулирующим органом, установленным во входной магистрали, датчик температуры свежего теплоносителя связан с регулятором, который связан с регулирующим органом, изменяющим расход горячего воздуха, подаваемого в смесительную камеру. Датчик исходной температуры высушиваемых изделий и датчик температуры точки росы связаны с элементом сравнения, который вместе с датчиком влажности отработавшего теплоносителя связаны с регулятором, в свою очередь связанным с регулирующим органом, установленным в обратной магистрали.
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает решение следующих важных задач управления: возможности дистанционного управления сушилкой и группового управления сушилками, а также обеспечения оптимального по быстродействию управления технологическим процессом сушки при максимизации значений качественных показателей высушиваемых изделий.
Создание полезной модели направленно на повышение качества управления камерной конвективной сушилкой (включая дистанционное и групповое управление), а также на расширение функциональных возможностей системы управления путем введения элементов для применения устройства в современной системе автоматизации, за счет использования оптимального технологического режима сушки, позволяющего снизить время сушки и объем брака, за счет более равномерного распределения остаточного влагосодержания в высушиваемых изделиях, определяющего качество продукции.
Это достигается тем, что в микроконтроллерную систему автоматического управления процессом сушки изделий, содержащую смесительную камеру, выполненную с отверстием для поступления воздуха из атмосферы, вход которой связан с магистралью подачи горячего воздуха, а также с обратной магистралью, выход смесительной камеры связан входной магистралью со входом сушилки, выход которой, соединен с выходной магистралью и с выходом в атмосферу, причем магистраль подачи горячего воздуха последовательно соединена с первым регулирующим органом, входная магистраль - со вторым регулирующим органом, датчиком температуры свежего теплоносителя и датчиком расхода теплоносителя, а выходная магистраль - с датчиком влажности отработавшего теплоносителя и датчиком температуры отработавшего теплоносителя, при этом выходная магистраль соединена со входом обратной магистрали, выход которой связан со смесительной камерой, причем обратная магистраль связана с третьим регулирующим органом, согласно предлагаемому решению вводится микроконтроллер, первый выход которого связан с первым регулирующим органом, второй выход - со вторым регулирующим органом, а третий выход - с третьим регулирующим органом, при этом первый, второй, третий и четвертый входы микроконтроллера соединены соответственно с выходами датчика температуры свежего теплоносителя, датчика расхода теплоносителя, датчика влажности отработавшего теплоносителя и датчика температуры отработавшего теплоносителя, кроме того четвертый выход микроконтроллера связан со входом ЭВМ верхнего уровня, а пятый вход микроконтроллера - с выходом ЭВМ верхнего уровня.
На фигуре изображена микроконтроллерная система автоматического управления процессом сушки изделий, где 1 - сушилка, 2 - высушиваемые изделия, 3 - смесительная камера, 4 - магистраль подачи горячего воздуха, 5 -
первый регулирующий орган, 6 - входная магистраль, 7 - выходная магистраль, 8 - второй регулирующий орган, 9 - датчик температуры свежего теплоносителя, 10 - датчик расхода теплоносителя, 11 - датчик влажности отработавшего теплоносителя, 12 - датчик температуры отработавшего теплоносителя, 13 - обратная магистраль, 14 - третий регулирующий орган, 15 - микроконтроллер.
Микроконтроллерная система автоматического управления процессом сушки изделий, включает сушилку 1, содержащую высушиваемые изделия 2, смесительную камеру 3, в которую напрямую из атмосферы через отверстие подается воздух из атмосферы, из отделения подготовки воздуха (на чертеже не показано) подается горячий воздух по магистрали подачи горячего воздуха 4, содержащей первый регулирующий орган 5. Регулирующий орган может быть выполнен, например в виде заслонки, шибера и т.п. В предложенном решении регулирующий орган выполнен в виде шибера. С выхода сушилки 1 по обратной магистрали 13 - репиркулят. С выхода смесительной камеры 3 свежий теплоноситель по входной магистрали 6 поступает на вход сушилки 1, к выходу которой подключена выходная магистраль 7. При этом входная магистраль 6 содержит второй регулирующий орган 8, датчик 9 температуры свежего теплоносителя и датчик 10 расхода теплоносителя, а выходная магистраль 7 -датчик 11 влажности отработавшего теплоносителя и датчик 12 температуры отработавшего теплоносителя. Выходная магистраль 7 соединена со входом обратной магистрали 13, выход которой соединен со смесительной камерой 3, причем в обратной магистрали 13 установлен третий регулирующий орган 14, вход которого соединен с третьим выходом микроконтроллера 15. Первый выход микроконтроллера 15 связан со входом первого регулирующего органа 5, а второй - со входом второго регулирующего органа 8, первый, второй, третий и четвертый входы микроконтроллера 15 соединены соответственно с выходами
датчика 9 температуры свежего теплоносителя, датчика 10 расхода теплоносителя, датчика 11 влажности отработавшего теплоносителя и датчика 12 температуры отработавшего теплоносителя. Четвертый выход микроконтроллера связан со входом ЭВМ верхнего уровня (на чертеже не показана), а пятый вход - с выходом ЭВМ верхнего уровня.
Микроконтроллерная система автоматического управления процессом сушки изделий работает следующим образом. Если микроконтроллер 15 начинает выполнение программы сушки изделий или если с ЭВМ верхнего уровня поступает сигнал на начало процесса сушки, то микроконтроллер 15 начинает выполнять программу, соответствующую заданному режиму сушки. В начале процесса сушки высушиваемые изделия 2 уже загружены в сушилку 1. В смесительную камеру 3 напрямую из атмосферы через отверстие поступает воздух из атмосферы, по магистрали подачи горячего воздуха 4 подается горячий воздух, температура которого не превышает максимально допустимую температуру сушки данного вида высушиваемых изделий 2 (определяется исходя из технологии производства), а с выхода сушилки 1 по обратной магистрали 13 - рециркулят. Магистраль подачи горячего воздуха 4 содержит первый регулирующий орган 5, вход которого соединен с первым выходом микроконтроллера 15, являющегося выходом его внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). С выхода смесительной камеры 3 поступает свежий теплоноситель с температурой, установленной согласно технологическому регламенту, при этом реализована стандартная одноконтурная система автоматического регулирования температуры [3], построенная на микроконтроллере 15, датчике 9 температуры свежего теплоносителя и первом регулирующем органе 5, который подается по входной магистрали 6 на вход сушилки 1. Входная магистраль 6 содержит второй регулирующий орган 8, датчик 9 температуры свежего теплоносителя и датчик 10 расхода теплоносителя, причем сигнал с датчика 9 температуры свежего
теплоносителя поступает на первый вход микроконтроллера 15, который является входом его внутреннего аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Полученный сигнал сравнивается с заданной температурой свежего теплоносителя, и если она не соответствует температуре заданной на данном этапе сушки, то микроконтроллер 15 выдает на свой первый выход сигнал пропорциональный разности между требуемой и фактической температурой свежего теплоносителя. Данный сигнал поступает на вход первого регулирующего органа 5, который преобразует его в изменение расхода горячего воздуха, вследствие чего меняется температура свежего теплоносителя на выходе смесительной камеры 3. Одновременно с этим происходит регулирование расхода теплоносителя во входной магистрали 6 посредством его измерения датчиком 10 расхода теплоносителя, сигнал с которого поступает на второй вход микроконтроллера 15, который также является входом его внутреннего АЦП, где происходит его сравнение с расходом, заданным для данного режима сушки, и если они не равны, то со второго выхода микроконтроллера 15, также являющегося выходом его внутреннего ЦАП, поступает управляющий сигнал пропорциональный разности между требуемым и фактическим расходами теплоносителя на вход второго регулирующего органа 8. Свежий теплоноситель, проходя через сушилку 1, взаимодействует с высушиваемыми изделиями 2, при этом изменяется его температура и влажность. К выходу сушилки 1 подсоединена выходная магистраль 7, предназначенная для отвода из сушилки 1 отработавшего теплоносителя, содержащая датчик 11 влажности отработавшего теплоносителя и датчик 12 температуры отработавшего теплоносителя, при этом сигнал с датчика 11 влажности отработавшего теплоносителя поступает на третий вход микроконтроллера 15, являющийся входом его внутреннего АЦП, а сигнал датчика 12 температуры отработавшего теплоносителя - на четвертый вход микроконтроллера 15, который тоже является входом его внутреннего АЦП.
Данные, полученные с датчиков 11 и 12, в микроконтроллере 15 сравниваются с нормативно-допустимыми параметрами технологических условий для данных высушиваемых изделий 2 на основании чего, принимается решение о возможности использования отработавшего теплоносителя в качестве рециркулята. Выходная магистраль соединена с обратной магистралью 13, при этом она содержит третий регулирующий орган 14. Если отработавший теплоноситель можно использовать в качестве рециркулята, то микроконтроллер 15 выдает с третьего выхода, являющегося выходом его внутреннего ЦАП, сигнал управления, прямо пропорциональный значению температуры отработавшего теплоносителя и обратно пропорциональный значению его влажности, поступающий на третий регулирующий орган 14, который преобразует полученный сигнал в изменение расхода рециркулята по обратной магистрали 13.
После завершения режима сушки (задается пользователем) микроконтроллер 15 с первого и второго выходов выдает сигналы первому и второму регулирующим органам 5 и 8 о перекрытии подачи горячего воздуха в смесительную камеру 3 и свежего теплоносителя в сушилку 1. Процесс сушки завершен, и микроконтроллер 15 выдает через четвертый выход соответствующий сигнал на ЭВМ верхнего уровня.
Связь с ЭВМ верхнего уровня осуществляется микроконтроллером 15 через последовательный интерфейс по двухпроводной витой паре, четвертый выход микроконтроллера 15 соединен со входом ЭВМ верхнего уровня, а пятый вход - с ее выходом. С ЭВМ верхнего уровня, при желании пользователя, возможно изменять задания всех технологических параметров процесса сушки (расхода и температуры свежего теплоносителя, нормативно-допустимые параметры рециркулята, длительность процесса), кроме того, на нем, при желании пользователя, могут создаваться файлы отчета об изменении расхода теплоносителя, его температурах (входной и выходной), регистрация
энергозатрат на единицу изделия с последующим расчетом себестоимости изделия, а также о влажности отработавшего теплоносителя в процессе сушки изделий.
Использование предлагаемой микроконтроллерной системы автоматического управления процессом сушки изделий позволяет по сравнению с существующим прототипом повысить качество управления сушилкой, включая дистанционное управление, а также расширить функциональные возможности системы управления путем введения элементов для применения устройства в современной системе автоматизации, за счет использования оптимального технологического режима сушки, позволяющего снизить время сушки и объем брака, за счет более равномерного распределения остаточного влагосодержания в высушиваемых изделиях, определяющего качество продукции, а также создания на ее базе распределенных систем автоматического управления.
Список использованной литературы
1. Авторское свидетельство СССР №785617, кл. F 26 В 21/06, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР №1455187, кл. F 26 В 21/06, 1989, (прототип).
3. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г.Дудникова. - М.: Химия, 153213. С.31414.