Специальный вопрос. 
Разработка дискретной системы управления электроприводом вакуумных насосов на элементах Logo!

Разработка структурной схемы автоматизированного электропривода вакуумных насосов

Доильные установки комплектуются вакуумными насосами. Их количество зависит от числа обслуживаемых коров. Одна доильная установка АДМ-8 содержит 2 вакуумных насоса, работающих параллельно. Она предназначена для доения 200 коров в стойлах. На ферме 400 коров используют 2 установки АДМ-8, содержащих 4 вакуумных насоса. Согласно учебнику [6] производительность насосов выбирается с 2,5−3 кратным запасом, чтобы обеспечить доение коров при любых ситуациях. Технологическая схема вакуумной системы с 4 насосами приведена на рис. 3.1[5].

1-коровник на 200 голов; 2-вакуумопровод; 3-молокопровод; 4-вакуумные насосы; 5-ресивер; 6-датчик вакуума; 7-грузовой вакуумрегулятор; 8-дифференциальный вакуумрегулятор; 9-релизер.

В данной технологической схеме вакуумные насосы служат для удаления (откачки) воздуха, газов и паров из замкнутого объёма с целью получения вакуума; ресивер выполняет роль сосуда для скапливания газа или пара; для поддержания постоянных расхода воздуха и величины рабочего вакуума используются грузовой и дифференциальный вакуумрегуляторы; релизер служит, как устройство для слива молока из-под вакуума, он не влияет на процесс доения, сливает молоко без чрезмерного образования пены и не ухудшает его качества.

Технология машинного доения коров Доильная установка включает [9]: вакуумную систему, контрольно-регулирующие приборы, систему, обеспечивающую пульсирующий вакуум (пульсаторы), один или несколько доильных аппаратов, молокоприемник, установку для мойки и дезинфекции аппаратов (рис. 3.2).

Доильный аппарат является основным исполнительным рабочим органом, служащим для извлечения молока из вымени коровы и сбора его в емкость или молокопровод. Рабочим органом доильного аппарата являются доильные стаканы.

Пульсатор обеспечивает создание переменного давления (разрежения), атмосферного или избыточного) в камерах доильного стакана. Коллектор позволяет распределить переменное давление по доильным стаканам, принять от них выдаиваемое молоко и направить его в молокоприемник.

Время, в течение которого на сосок вымени оказывают физиологически однородное воздействие доильным стаканом, называется тактом. Время, в течение которого совершается совокупность разнородных тактов, называются циклом или пульсом.

По принципу действия вакуумные доильные машины можно разделить на двухтактные и трехтактные [9]. В двухтактных доильных машинах имеются такт сосания и такт сжатия, в трехтактном — сосания, сжатия и отдыха. При этом чередование тактов может происходить одновременно во всех стаканах и попарно в двух передних и двух задних стаканах. На протяжении одного цикла в камерах доильных стаканов давление изменяется от атмосферного до вакуума 48…53 кПа, в зависимости от конструкции доильного стакана.

Переносный доильный аппарат обычно состоит из доильного ведра с крышкой, на которой установлен пульсатор, подвесной части, включающей в себя четыре доильных стакана и коллектор, а также из резиновых шлангов и патрубков, при помощи которых соединяют сборочные части автомата.

Вакуумная система состоит из воздушного (вакуумного) насоса с приводом, баллон-ресивера, регулятора разряжения, измерителя давления и системы трубопроводов с арматурой. Вакуумный насос предназначен для создания разряжения в вакуумных системах и обеспечивает быстрое восстановление заданной величины вакуума при попадании воздуха в систему. В настоящее время применяются следующие типы вакуумных насосов: УВУ-60/45, VZ-40/130V (ФРГ), РВН-40/350 ротационного типа.

На комплексах вместо большого числа ротационных насосов устанавливают водокольцевые вакуумные насосы ВВН-6 и ВВН-12, не требующие смазки ротора (рис. 3.3).

Вакуумные ротационные насосы одинаковы по устройству и отличаются производительностью (УВУ-60/45 Q = 60 и 45 м3/ч, VZ-40/130V — Q=30 м3/ч, РВН — 40/350 — Q = 40 м3/ч) и расходом масла (15…30; 10…25; 5…10; 8…12 г/ч) соответственно[6]. Внутри неразъемного корпуса вращается ротор, расположенный эксцентрично относительно оси статора. В роторе имеются четыре паза, расположенных тангенциально (УВУ — 60/45) или радиально (РВН — 40/350), в которые свободно вставлены пластинчатые лопатки. При вращении ротора центробежная сила выталкивает их из пазов и прижимает к внутренней поверхности статора. Так как статор и ротор расположены эксцентрично, каждая лопатка образует замкнутое пространство, переменное по объему. Возле всасывающего патрубка объём увеличивается и воздух засасывается в межлопаточное пространство, возле выхлопного патрубка объем уменьшается, воздух сжимается и выталкивается наружу. Для герметизации объема и уменьшения трения лопатки обильно смазываются маслом, поступающим из фитильных масленок. В вакуумных насосах типа ВВН пространство переменного объема образуется кольцевым потоком воды, вращающимся по внутренней поверхности статора, и лопатками, выполненными заодно с ротором. Причем лопатки не касаются стенок статора, поэтому смазки не требуется. Сжатый воздух вместе с небольшим количеством воды выбрасывается в выхлопную трубу и дальше в разделитель потока, откуда охлажденная вода дозировано опять подается в насос вместе с засасываемым в него воздухом.

Для увеличения воздухопроизводительности такие установки можно комбинировать попарно, что обеспечивает широкий диапазон их применения. Воздухопроизводительность спаренных установок может достигать 120 м./ч и более.

Унифицированный насос УВУ-60/45 может работать при вакууме 53 кПа с воздухопроизводительностью 60 и 45 м./ч. Для получения требуемого расхода воздуха изменяют частоту вращения ротора постановкой шкивов разного диаметра на вал электродвигателя. Насос снабжен разделяющей диэлектрической вставкой, установленной на всасывающем патрубке. Вставка изолирует вакуум-провод доильной установки от насоса, который может оказаться под напряжением при пробое изоляции электродвигателя.

Во вставке находится специальный шариковый клапан. Предупреждающий обратный ход ротора в случае остановки насоса. При обратном ходе ротора может возникнуть поломка пластин.

Для поддержания постоянного давления вакуума необходимо использовать регулируемый электропривод, обеспечивая различную производительность вакуумного насоса.

Поверочный расчет мощности вакуумного насоса Для нормальной работы доильных установок в вакуум-проводе должен поддерживаться вакуум 42−53 кПа (360−380 мм рт.ст.). Марка вакуум-насоса УВУ-60/45 с подачей Q=60мі/ч, кпд насоса з = 0,75…0,85. Примем h = 53 кПа, з = 0,85.

.

Для вакуум-насоса УВУ-60/45 выбираем электродвигатель серии RA112М4 с Pн=4кВт, n=1430 об/мин, з=0,855, µп=2,2, µкр=2,9, Iн=9А, cosц=0,82, ki=6,5[7].

Установки вакуумные предназначены для создания вакуумметрического давления при машинном доении коров.

Отечественные вакуумные установки изготовляются в исполнениях, указанных в табл. 3.1[12].

Таблица 3.1. Вариант исполнения вакуумных установок.

Технические характеристики доильных установок представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Технические характеристики доильных установок.

Структурная схема автоматизированного электропривода вакуумных насосов ОУ — вакуумная система доильной установки с ресивером и вакуумными насосами;

ИО — электромагнитные пускатели с тепловой защитой для управления работой электродвигателей вакуумных насосов;

ЛС — однотипные логические схемы для управления работой только одного насоса;

ВО — датчик, измеряющий значение вакуума в вакуумной магистрали и имеющий два дискретный выходных сигнала: по цепи «меньше» — сигнал есть, когда значение вакуума меньше заданного, «больше» — сигнал есть, когда значение вакуума более заданного.

Функциональные узлы системы управления взаимодействуют следующим образом. Для реализации алгоритма управления вакуумными насосами целесообразно использовать однотипные логические схемы с одним выходным и четырьмя входными сигналами (рис. 3.4) [5]. Все ЛС однотипны вследствие единых требований технологического процесса к системе управления любым вакуумным насосом. Поэтому для первого насоса вместо сигнала от несуществующего предыдущего узла подается сигнал логической единицы, т. е. всегда включено, а для последнего насоса вместо сигнала от несуществующего последующего узла подается сигнал логического нуля, т. е. всегда отключено. При наличии сигнала от ВО «меньше» включается первый вакуумный насос, если спустя заданное время сигнал «меньше» не исчез, то включается второй насос и т. д. При исчезновении сигнала «меньше» все включенные насосы продолжают работать. При наличии от ВО сигнала «больше» отключается вакуумный насос, включенный последним, если за заданное время сигнал больше не исчез, то отключается насос, включенный предпоследним и т. д. При исчезновении сигнала «больше» продолжают работать насосы, оставшиеся до этого момента включенными.

Датчик значения вакуума ВО с двумя дискретными выходами «меньше» и «больше» может быть любого типа. Принципиально для него наличие только трех комбинаций выходнх сигналов: есть сигнал «меньше» и нет сигнала «больше», есть сигнал «больше» и нет сигнала «меньше», отсутствуют оба сигнала «меньше» и «больше». Если в качестве первичного преобразователя ВО используется электроконтактный вакуумметр, то должны быть предусмотрены ременные задержки на появление выходных сигналов «меньше» и «больше», что необходимо для исключения влияния «дребезга» контактов измерительного устройства, т. е. исключения ложных срабатываний.

В функции оператора входит лишь задача подачи сигнала «работа». Технически это можно реализовать с помощью переключателя, подключенного к выходным цепям датчика ВО. При подаче команды «Останов» линии «меньше» и «больше» от датчика ВО отключается, по цепи «меньше» подается сигнал логического нуля, а по цепи «больше» логической единицы. В результате отключаются все вакуумные насосы. При подаче команды «Работа» линии «меньше» и «больше» подключаются к датчику ВО, так как перед этим вакуум в системе доильной установки отсутствовал и датчик ВО имеет сигнал логической единицы по цепи «меньше», начнется включение насосов, начиная с первого, т. е. будет реализоваться алгоритм управления.