Способ автоматического управления процессом обжига вспучивающихся материалов и устройство для его осуществления

(51)4 Р 0 ГОСУДАРСТВЕ ПО ДЕЛАМ ИЗ И КОМИТЕТ СССРТЕКИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИ Н ДВтаСНОМУ ТЕНИ ЕТЕЛЬСТВУ(22) (46) (72) (7 ) тельс ный и едова- проект троительству 53) 66,041.9 (О56) Авторское с 970068, кл, У 88.8)видетельств27 1) 19/00,ССР 82. РАВЛЕНИЯ СЯ МАТЕРИСТВЛЕНИЯ,9700683560594/29-3301.03.8323.08.85. Бюл, В 3В,А.МещеряковЦентральный научно-исслкий экспериментальный институт по сельскому с 54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РОЦЕССОМ ОБЖИГА ВСПУЧИВА 1(1 Щ ЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОС(57) 1.Способ автоматического управления процессом обжига вспучивающих- . ся материалов по авт.св. У 970068, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьвнения качества управления, измеряют параметр, характеризующий пиропластическое состояние обжигаемого материала, ограничивают максимальное значение температуры обжига в зависимости от параметра, характеризующего пиропластическое состояние обжигаемого материала, и корректируют величину приращения частоты вращения печи в зависимости от величины отклонения насыпнойа плотности готового продукта от ее допустимого максимального значения,117 ч2. Устройство автоматического управления процессом обжига вспучивающихся материалов по авт.св.119 90068, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено датчиком пиропластического состояния обжигае 718мого материала, причем выход усредняющего блока подключен на третий вход генератора импульсов,адатчик пиропластического состояния обжигаемого материалаподключен на третий входрегулятора температурыобжига, Изобретение относится к автоматизации производства вспучивающихся строительных материалов (керамзита,зольного гравия и др,) преимущественно во вращающихся и кольцевых карусельных печах с запечнымиподготовителями.По основному авт,св.У 970068известен способ управления процессом обжига вспучивающихся материалов, заключающийся в измерении истабилизации насыпной плотнос-ти наиболее массовых фракцийготового продукта воздействием на температуру обжига путем изменения подачи топлива, а также изменения частоты вращения, например,периодическом, в сторону ее увеличения до выхода насыпной плотности зазаданные пределы и последующем сиижении частоты вращения печи до вхождения насыпной плотности в заданныепределы, При изменении частоты вращения печи предусмотрена также соответствующая коррекция подачи полуфабриката в печь и введение упреждающегокорректирующего воздействия на температуру обжига Я,По основному авт. св, известноустройство для осуществления данногоспособа управленИя, содержащее измеритель насыпной плотности готовогопродукта, подключенный через последовательно соединенные блок сравненияи корректирующий регулятор йа входрегулятора контура стабилизациитемпературы обжига, который контур)также содержит термодатчик и регулирующий орган на магистрали топлива,.скоммутированные по стандартной схеме с регулятором температуры, а также задатчик насыпной плотности, подключенный на второй вход блока сравнения,Кроме того, в устройство вве 1дены управляющее устройство, на входы которого подключены выходы блока сравнения и задатчика насыпной плотности, а также регуляторы частоты вращения и подачи полуфабриката и корректирующий блок, входы которых подключены к выходу управляющего устрой-. ства. Управляющее устройство содер - жит усредняющий блок, подключенный через последовательно соединенные формирователь, логический блок и преобразователь на вход ограничителя выход формирователя подключен также на вход генератора импульсов, выход которого соединен с вторым входом логического блока, причем выход блока срав - нения подключен к входу усредняющего блока, а выход задатчика насыпной плотности - на второй вход формирователя 1.Известным устройством реализует - ся поисковый способ управления процессом обжига, при котором устанавливается максимально возможная для данной технологической ситуации (химико-минералогического состава сырья и Физико-механических свойств полуфабриката) частота вращения печи и соответственно подача полуфабриката с соблюдением требований по качеству готового продукта и тем самым обеспечивается повышение производительности печи,Однако в известных способе и устройстве управления величина приращений частоты вращения не связана с величиной отклонения Фактической величины насыпной плотности готового продукта от ее допустимого макси - мального значения, что при настройке на небольшие величины приращений неоправданно затягивает процесс выхода системы на максимально возможную частоту вращения, Настрой1174718 4вом для выделения наиболее массовых его фракций, блок 3 сравнения, изадатчик 4 насыпной плотности, корректирующий регулятор 5, регулятор 6.контурч стабилизации температуры обжига, содержащий также термодатчик ирегулирующий орган на магистралитоплива, управляющее устройство 7,имеющее в своем составе усредняю 10 щий блок 8, формирователь 9, логический блок 10, регулируемый генератор 11 импульсов, преобразователь12 и ограничитель 13,регуляторы 14и 15 соответственно частоты вращенияпечи и подачи полуфабриката, которыеявляются контурами стабилизациисоответствующих параметров и содержат необходимые функциональныеэлементы и датчики, корректирующий2 о регулятор 16 (блок динамическойсвязи), а также датчик 17 пироппастического состояния обжигаемого материала (датчик положения направляющего аппарата дутьевого вентилято 25 ра аэровыгружателя).Способ осуществляется следующим образом,На выходе обжиговой печи 1 измерителем 2 контролируется насыпнаяплотность наиболее массовых фракцийготового продукта. После сравнениясигналов измерителя 2 и задатчика 4насыпной плотности в блоке 3 сравнения, сигнал рассогласованияпоступает на регулятор 5, корректи 35рующий задание регулятору 6 температуры обжига, который представляет собой стандартный контур ста:тбилизации.температуры обжига воздействием на подачу топлива по импульсу от термодатчика термопара, пирометр. Если текущее значение насЫпчнои плотности больше ее заданногозначения и сигнал рассогласования45 больше 30 ны нечувствителЬностикорректирующего регулятора 5, последним выдается корректирующий сигнал на повышение температуры обжига, а в противном случае - на снижение. Таким образом, посредствомэтой каскадной схемы осуществляетсястабилизация насыпной плотностиготового продукта при изменении химико-минералогического составасырья и Физико-механических свойствполуфабриката. ка на относительно большие величины приращений частоты вращения печи может привести к перерегулированию недопустимому превьппению величиной насыпной плотности готового продукта ее допустимого максимального зна чения, что снижает регламентируемые стандартом показатели однородности готового продукта, Кроме того, в известных способе и устройстве не предусмотрено ограничение температуры обжига, вследствие чего в процессе ее регулирования с целью стабилизации насыпной плотности в заданных пределах возможен выход процесса в область чрезмерно высоких температур обжига, при которых начинается термическая агломерация обжигаемого материала. Это может вызвать глубокое нарушение процес-: са обжига с необходимостью вмешательства в ход процесса со стороны машиниста печи, Таким образом, данные недостатки известных способа и устройства снижают каче/ ство управления обжиговым процессом.Целью изобретения является повышение качества управления.Поставленная цель достйгается тем, что согласно способу управления процессом обжига вспучивающихся материалов измеряют параметр, характеризующий пиропластическое состояние обжигаемого материала, ограничивают максимальное значение температуры обжига в зависимости от параметра, характеризующего пиропластическое состояние обжигаемо 1 о материала, и корректируют величину приращения частоты. вращения печи в зависимости от величины отклонения .насыпной плотности готового продукта о ее допустимого максимального значенияКроме того, устройство автоматического управления процессом обжи- га вспучивающихся материалов снаб,жено датчиком пиропластического состояния обжигаемого материала, ,причем выход усредняющего блока подключен на третий вход генератора импульсов, а датчик пиропластического состояния обжигаемого материа 1 ла подключен на третий вход регулятора температуры обжига." На чертеже изображена блок-схема устройства для осуществления способа управления.Устройство содержит обжиговую печь 1, измеритель 2 насыпной плотности готового продукта с устройстДиапазон допустимого отклонениянасыпной плотности от заданногозначения определяется регламентируемым стандартом показателем однородности - коэффициентом вариации понасыпной плотности и для керамзитаравен +157,В процессе функционирования системы управления выход насыпной плотности готового продукта за нижнийзаданный предел может быть всегда 10скомпенсирован соответствующим снижением температуры обжига, В то же время при глубоких возмущениях процесса по параметрам сырья и полуфабриката, резко снижающих вспучиваемость и повышающих насыпную плотность готового продукта, стабилизацияее в заданных пределах путем повышения температуры обжига можетбыть и не достигнута. Это обусловлено тем, что при чрезмерно высокихтемпературах из-за появления расплава на поверхности зерен обжигаемогоматериала 1 пиропластическое состояние материала) начинается термическая 25его агломерация - образование сваровкозлов, которая является глубокимнарушением процесса обжига, и можетпотребовать ,аварийного. отключения пе -чи. Для предотвращения аварийной ситуации в схему включен датчик 17пиропластического состояния обжигаемого материала, который при экспери -ментально определенной граничнойвеличине данного параметра вводитсигнал ограничения либо непосредственно в регулятор температуры обжига, либо через промежуточное релеотключает цепь электрического"исполнительного механизма регулирующего органа заслонки) на магистрали топлива и запрещает тем самымего перемещение в направлении увеличения подачи топлива, Одновременноподается предупредительный сигналмашинисту,Применительно к вращающимся барабанным печам работа датчика 17пиропластического сЬстояния обжигаемого материала может быть основана на следующих известных принципах: измерения высоты поднятия материала по футеровке печи фотоэлектрическим или радиоизотопным методом,а также на измерении величины тока привод ного электродвигателя, в том числе с выделением характерного спектра его колебаний. Для кольцевых карусельных печей,оборудованных аэровыгружателями готового продукта с системой автоматического управления производительностью(напором) дутьевого. вентиляторапо усилию взаимодействия аэровыгружателя с обжигаемым материалом вкачестве датчика пиропластическогосостояния целесообразно использоватьдатчик положения направляющего аппарата дутьевого вентилятора,в частности встроенный путевой выключательего электрического исполнительного механизма.Усилие взаимодействия аэровыгружателя материалом, а также устанавливаемая в соответствии с ннм производительность дутьевого вентилятора,резко возрастают при агломерации материала.и, следовательно, являютсякосвенными параметрами, характеризующими пиропластическое состояние ма-,териала, Датчик положения необходимо настраивать на срабатывание путевого выключателя в положении направляющего аппарата, соответствующемуповышению производительности вентилятора в 1,2-1,5 раза по сравнению с номинальной,Стабилизация насыпной плотностиготового продукта является только одной из Функций системы управления. Другой ее функцией являетсямаксимизация производительностипечи с использованием для этоговторого важнейшего управляющеговоздействия на процесс - частотывращения печи (для кольцевых карусельных печей в . частоты вращенияподины ), котоРой устанавливаетсявремя обжига. Известно, что оптимальное время обжига определяетсяизменяющимися. в процессе эксплуатации химико-минералогическим составом сырья, а также фракционным составом и структурно-механическимисвойствами полуфабриката. Устанавливая максимально возможную частотувращения печи при постоянстве коэфФициента ее заполнения с обеспечением заданной величины насыпной плотности готового продукта можно достигнуть наибольшей производительностипечи.Данная задача на основе поисковых методов управления решается следую,щим образом, Сигнал рассогласоваНаправлениеуправляющеговоздействия СигСигнал на . нал выходеформирователя 25 генератораимпульсов На уменьшениечастоты вращения печиНе изменяется 0 0 На увеличение частоты вра щения печи 0 П р и м е ч а и и е. "+" - наличиесигнала, 40. О - отсутствиесигналаНаправлениям управляющего воздействия соответствуют разные полярности выходного модулированного сигиа 45 ла логического блока 10.1Импульсный выходной сигнал логического блока 1 О преобразуется преобразователем 12 (интегратором) в одйополярный сигнал постоянного тока, подающийся в качестве корректирующего через ограничитель 13 на входы регуляторов частоты вращения 14 и пита,ния печи полуфабрикатом 15. Регуляторы 14 и 15 являются контурами стабилизации соответствующих параметров и содержат необходимые функциональные элементы и датчики. Ограничителем ния с выхода блока 3 сравнения подается на вход управляющего устройства 7, где усредняющим блоком 8 осуществляется подавление случайных 5 флуктуаций и выделение основного сигнала. Отфильтрованный сигнал рассогласования и сигнал задатчика 4 насыпной плотности подаются на вхо. - ды формирователя 9, реализующего .О функциональную зависимость допустимого максимального значения насыпной плотности готового продукта Ч отйа кс. заданного среднего) значения Чэк, и выдающего нормализованный сигнал 5 при превышении этого значения.Этот сигнал, а также сигнал генератора 11 импульсов в виде серий импульсов, подаются на входы логического блока 1 О, АлгоРитм функциониро вания логического блока 10 представлен в таблице. 13 осуществляется ограничение выходного сигнала преобразователя 12 по заданному минимуму и максимуму с целью предотвращения аварийных Режимов работы печи при возможных сбоях в работе управляющего устройст - ва; Величина интервалов времени между сериями импульсов, вырабатываемых генератором 11, т.е. периодичность введения подстроечных воздействий на частоту вращения печи, устанавливается исходя из экспериментально определенной динамики изменений возмущающих воздействий на процесс. Ориентировочно величина данного интервала времени может быть принята в 2-б ч. Его задание осуществляется временным элементом, входящим в состав генератора,1 импульсов, или же внешним временным задатчиком,Параметры импульсов, вырабатываемых генератором 1, в пределах подстроечной серии изменяются (модулируются) в функции абсолютного зна. чения сигнала рассогласования, подаваемого с выхода усредняющего блока 8 на второй вход генератора 11.Может осуществляться амплитудоимпульсная (АИМ) или широтно в и пульсная ШИМ) модуляция этого сигнала. Причем модуляционная характеристика генератора 11 сформирована таким образом, что с увеличением сигнала рассогласования осуществляется увеличение модулируемого параметра выходной последовательности импульсов, например, при АИМ - их амплитуды.Таким образом, величина приращений обоих знаков) сигнала задания частоты вращения печи формируемого преобразователем 12, изменяется, например, пропорционально величине отклонения насыпной плотности готового продукта от ее допустимого максимального значения. В частности, для кольцевых карусельных керамзитообжиговых печей при изменении насыпной плотности керамзита от 0,74 от максимапьного значения Чя ,домаксимального значеМакния. Величина приращений (положительных) частоты вращения подины печи уменьшается от 10-307. до ОЖ ее среднего значения. При изменении насыпной плотности в пределах от 1,1-1,2 от максималь10 11747.8 Составитель В.АлекперовТехред Л.Микеш, Корректор М,Пожо Редактор Г.Волкова Заказ 5167/40 . Тираж 570 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ного значения Ч, до максимальмксного значения величины приращений (отрицательных) частоты вращения подины целесообразно уменьшать с 20-30 до 5-10 Х ее среднего значе- ния.Период повторения импульсов в пределах подстроечной серии устанавливают в зависимости от дн О намических свойств объекта (ориентировочно 0-20 мин), а их длитель- ность принимают много меньшей периода повторения. При работе может возникнуть ситуация, когда в период между введением подстроечных воздействий при глубоких возмущениях про цесса контур стабилизации насыпной плотности готового продукта не обеспечивает компенсации возмущений и величина данного параметра выходит за допустимое максимальное значение. С целью устранения такой возможности сигнал формирователя 9 подается также на третий вход гене ратора импульсов, обеспечивая в данном случае его принудительный запуск (поэтому в таблице отсутствует комбинация сигналов О,"+").Приэтом подается управляющий сигнал на снижение частоты вращения печи и тем самым создаются условия для стабилизации насыпной плотности готового продукта соответствующимконтурам. При изменении частотывращения печи (для кольцевых карусельных печей - частоты вращенияподины) и соответственно подачиполуфабриката вносятся возмущения втемпературный режим печи. Для компенсации этих возмущений корректирующим регулятором 16 (блок динамической связи) подается упреждающий сигнал в регулятор 6 температуры впереходных по частоте вращения режимах работы печи,Таким образом, устройством реализуется предлагаемый способ управления с зависимым поиском, при котором обеспечивается быстрый выход системы в область предельно возможных частот вращения печи, т,е, умень-, шаются потери на поиск, а также с соответствующим увеличением производительности печи. Кроме того, повышаются возможности системы управления по стабилизации насыпной плотности готового продукта и тем самым улучшаются показатели его однородности, Расчетное повышение производительности керамзнтообжнговой печи составляет 5-73.