Автоматизация бункеров активного вентилирования зерна

Введение

На современном этапе технического развития предприятий послеуборочной обработки зерна автоматизация играет решающую роль. Она позволяет добиться высокой производительности труда и улучшить качество обработки семян и продовольственного зерна. Однако темпы её развития и внедрения сильно отстают от запросов производителя. Это объясняется в первую очередь отсутствием достаточного количества новых разработок и недостаточным выпуском аппаратуры автоматики.

Обеспечение сохранности зерна в нашей стране одна из важнейших задач государства, которая по масштабам и содержанию базируется на широкой научной основе. Для её успешного расширения хлебоприёмные предприятия, наряду с отчисткой, широко используют сушку и активное вентилирование зерна.

Ежегодно на предприятиях переработки зерна сушке и активному вентилированию подвергается до 70-90% всего заготовляемого зерна.

Современное электрооборудование и электропривод отдельных установок оснащаются комплектными распределительными устройствами, системами автоматизированного электропривода для обеспечения экономичной и надёжной работы и рационального расхода эл. энергии.

Количественные и качественные показатели предприятий по хранению и переработке зерна в значительной степени зависят от бесперебойной работы энергохозяйства. Необходимость обеспечения надёжной и экономичной работы электрооборудования ставит перед обслуживающим персоналом требования непрерывного повышения технических знаний. Эффективное использование установок для активного вентилирования зерна, большое их разнообразие может быть достигнуто лишь на основе применения научно обоснованных режимов обработки зерна с учётом периодов безопасного хранения различных культур.

Активное вентилирование - это принудительное продувание массы зерна холодным или подогретым воздухом.

В отличие от естественной вентиляции активное вентилирование позволяет создать и поддерживать равные оптимальные условия в больших объёмах продукции и благодаря этому снизить потери сельскохозяйственной продукции при хранении и эффективности использовать объём хранилищ.

Основными элементами являются: вентилятор, воздухораспределительные каналы и ёмкости для хранения зерна.

В соответствии с особенностями технологии хранения разных видов продукции в системах активного вентилирования предусматривают устройства для регулирования влажностью, температурой и загрузкой зерна в бункера.

Системы активного вентилирования в крупных хранилищах оборудуются автоматическим управлением.

Этот способ обработки зерна позволяет предотвратить и ликвидировать самосогревание зерна, а так же охладить его до температуры, обеспечивающей длительное хранение.   Вентилирование насыпи теплым воздухом с низкой относительной влажностью позволяет подсушить зерно и ускоряет процесс послеуборочного дозревания, повышая энергию прорастания, всхожесть и улучшая хлебопекарные качества зерна.

Охлаждение и подсушивание зерна создают в насыпи условия, неблагоприятные для развития вредителей и микроорганизмов. Являясь высокомеханизированным, а в некоторых случаях и автоматизированным процессом обработки неподвижных партий, активное вентилирование относят к числу производительных и эффективных способов обработки зерна как в технологическом, так и экономическом отношениях.

вентилирование зерно электрооборудование бункер

1. Исходные данные

ЗАО Агрофирма «Ключики».

Находится по адресу: Россия, Свердловская область, Красноуфимский район, 623309, с. Ключики, ул. Советская б/н.

ЗАО Агрофирма «Ключики» расположено в северной половине лесостепи. Главная усадьба хозяйства находится в 7км к северо-западу г. Красноуфимска, от областного центра г. Екатеринбурга 224 км, а до ближайшего железнодорожного переезда примерно 9-10 км, а до станции 19-20 км.

Территория хозяйства относится к умеренному климатическому региону, который характеризуется сравнительно мягким и достаточно влажным климатом. Наиболее тёплым месяцем является июль (22-26°С), а наиболее холодным - январь (-18-24°С). Для весеннего периода характерны возврат холодов и заморозков. Большая часть осадков выпадает летом.

Территория хозяйства находится в северной части Красноуфимской лесостепи, расположенной на западных предгорьях Среднего Урала. На территории хозяйства встречаются ручьи, озёра, рек нет.

Весь район расположен на осадочных породах верхнеполиазоиского возраста, представленная песчаниками, известняками, долмаститами. Основные типы почв: лесные, чернозём, серовые и другие.

. Обоснование необходимости автоматизации

Автоматизация технологических процессов - это этап комплексной механизации, характеризуемой освобождением человека от непосредственного выполнений функций управления технологическими процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам. При автоматизации технологические процессы во многом освобождают человека от физического труда и уменьшает трудовые затраты, что влияет на экономику хозяйства.

Цель моей курсовой работы заключается во внедрении современного оборудования, систем автоматизации в бункера активного вентилирования (БВ-25). С установкой современных регуляторов влажности ДТВ и датчика температуры ДТС-50М , а также датчиков уровня, новых магнитных пускателей приведёт к повышеннию эффектности труда, улучшению качества выпущенной продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства, вследствии уменьшаться затраты на текущий ремонт и тех. обслуживание и повыситься цена реализации на продукцию т. к. качество продукции будет выше.

Автоматизация бункеров активного вентилирования зерна предусматривает автоматическое управление загрузкой бункеров, температурой зерна, воздухораспределением в бункере и влажностью зерна.

. Технологическая характеристика объекта автоматизации

В нашей стране способ активного вентилирования получил широкое распространение, особенно при сушке зерна и сена. Его проводят в закромах во избежание самосогревания зерна при длительном хранении или в специальных вентилируемых бункерах. Бункер активного вентилирования БВ-25:

Вместимость по пшенице 25 тонн

Объём бункера 35м3; Подача воздуха 11300 м3/ч ;Масса 1750 кг ; Диаметр корпуса бункера 3080 мм ; Высота 8675 мм.

Вентилируемый бункер представляет собой вертикальный цилиндр с конусообразным дном. Внутри цилиндра по центру установлена воздухораспределительная труба диаметром 750мм. В верхней части воздухораспределительной трубы находится конусный распределитель зерна для равномерной загрузки бункера зерном. В воздухораспределительной трубе размещен цилиндрический клапан (поршень), который может перемещаться по вертикали при помощи лебедки, соединенной с системой тросов. При полной загрузки бункера зерном клапан находится в верхнем положении. Воздух подогревается в электрокалорифере, установленном около всасывающего отверстия вентилятора, подающего воздух в бункер. Круглосуточное вентилирование необходимо при влажности зерна выше 25% и относительная влажность воздуха не должна превышать 90%.

Бункер оборудован двумя регуляторами влажности, один из которых устанавливается в нижней или средней части наружной стенки бункера, отключает вентилятор при снижении влажности зерна ниже заданной. Другой регулятор влажности включает или выключает электрокалорифер. А также датчиками температуры.

Комплекс БАВ включает в себя: завальную яму (30т), 2 нории сырого зерна, 2 нории сухого зерна, 2 ветро-решётные машины, 2 элеватора, транспортёры-2 загрузочных и 2 разгрузочных, 16 бункеров активного вентилирования, 16 электрокалориферных установок, выгрузной и бункер отходов.

В данном курсовом проекте я взял линию БАВ, включающую в себя:

бункер БВ-25, 1 нория сухого зерна, 1 электрокалорифер и 1 вентилятор.

. Разработка функционально-технологической схемы автоматизации

Разработав электрическую принципиальную и технологическую схемы бункеров активного вентилирования, вычерченные на листах графической части я разработал функционально-технологическую схему автоматизации. Данная схема размещена на листе 2 графической части данного курсового проекта. В схему входят элементы такие как, датчики влажности Sj1 и Sj2, датчики уровня SL1 и SL2, датчик температуры SK, магнитные пускатели КМ1, КМ2 и КМ3, нагревательные элементы ЕК (типа Тэны) , электродвигатели М1 - нории, М2 - вентилятора калорифера.

Схему разрабатывал на основании выполненных схем в следующей последовательности:

Начертил бункер активного вентилирования, указав, направление воздуха от вентилятора по воздухораспределительной трубе в зерно, нарисовал систему тросов для управления поршнем заглушкой и датчиком. Затем показал на схеме датчики уровня, влажности и температуры. Показал все электроприводы и элементы автоматической системы.

. Разработка принципиальной электрической схемы управления

В данной главе курсового проекта я опишу схему управления бункером активного вентилирования, так как основная автоматика находиться в шкафу управления бункером.

При автоматическом режиме работы переключатель SA1 устанавливается в положение А, а при ручном управлении в положение Р.

Датчик уровня SL1 контролирует нижний уровень наличия зерна в бункере, режим сушки контролируется влагомерами В1 и В2, температурный режим контролируется датчиком температуры SK.

Автоматический режим работы: При этом режиме работы переключатель SA1 установили в положение А.

Режим сушки: Когда уровень зерна при загрузке в бункер достигнет минимума, замыкается контакт датчика SL1 и поступает питание на пускатель КМ1 двигателя нории М1.

При повышенной влажности зерна замыкаются контакты влагомера В2 и замыкает свои контакты в цепи питания магнитного пускателя КМ2 двигателя вентилятора М2,процесс сушки длится до тех пор, пока вынос влаги из бункера не снизиться до установленного уровня, после чего контакты В2 размыкаются в цепи питания магнитного пускателя КМ2, в результате чего вентилятор отключается. Одновременно через размыкающий контакт КМ1:3 включается звуковой сигнал НА, оповещающий о конце сушки. Выгрузка зерна из бункера происходит самотёком.

При высокой влажности входящего в зерно воздуха замыкается контакт В1 влагомера, срабатывает 138 и своими замыкающими контактами (при включенном вентиляторе) замыкает цепь магнитного пускателя КМ3, который включает электрокалорифер ЕК.

При снижении влажности воздуха до 65% контакт В1 размыкается и эл.калорифер автоматически отключается.

Ручное управление: Переключатель SA1 устанавливается в положение Р. Управление осуществляется кнопками SB1:1, SB1:2, SB2:1, SB2:2, SB3:1, SB3:2 .

. Расчет и выбор технических средств автоматизации, элементов автоматической системы

1.   Выбираем два электронных влагомера зерна ДТВ

2.       Выбираем электронный датчик уровня для поддержания работы вентилятора при наличии зерна: ДЭУ - 1 , Uс= 220В.

.        Выбираем сигнальную арматуру АС - 220, I=6A.

.        Производим выбор кнопочных постов закрытого исполнения, для встройки в специальную нишу т.к. устанавливается в щите управления, материал корпуса - пластмасс: ПКЕ 212 - 2У3 (ПКЕ-пост кнопочный, единой серии, 2-открытая, 1-защищенное исполнение, 2-пластмасс, 2-толкатели, У3-климатическое исполнение и категория размещения).

.        Выбираем датчик температуры ДТС-50М.

6.   Выбираем магнитный пускатель для запуска двигателя вентилятора:

Uном.м.п. > Uном.сети

Iном.м.п. > Iном.дв.

Uном.м.п. = 380В

Iном.м.п. > 11,5А

Выбираем магнитный пускатель ПМЛ 2121: 2- номинальный ток 25А;

- нереверсивный без теплового реле; 2 - IP54 с кнопками “Пуск”, “Стоп”;

- 1 размыкающий контакт (10…25А), 2з.+2р. (80…200А).

. Выбираем магнитный пускатель для нории:

Uном.м.п. > Uном.сети

Iном.м.п. > Iном.дв

Uном.м.п. = 380В

Iном.м.п. > 7,4А

Выбираем магнитный пускатель ПМЛ-112: 1 - номинальный ток 10А;

- нереверсивный без теплового реле; 2 - IP54 с кнопками “Пуск”, “Стоп”.

8.       Для переключения с автоматического на ручной режимы работы и чтобы устанавливать сушку или консервацию зерна выбираем пакетный переключатель ВП2-16, U=380В, I=16А.

.        Выбираем автоматический выключатель для вентилятора:

Uном.авт. > Uном.сети

В = 380В

А > 11,5А

Выбираем автоматический выключатель типа ВА60-26

Произведём выбор теплового расцепителя автоматического выключателя:

Iном.т.р. > Iраб.дв. x kном.т.р

kном.т.р - коэффициент теплового расцепителя (1,2)

Iном.т.р. > Iраб.дв. x kном.т.р = 10,35х1,2 = 12,42А

Выбираем Iном.т.р.= 16А

Выбираем ток электромагнитного расцепителя автоматического выключателя:

Iэ.м.р. > Iпуск.дв. x kном.э.м.р.

kном.э.м.р. = коэффициент электромагнитного расцепителя (1,25)

Iэ.м.р. > 80,5х1,25 = 120,75А

Выбираем ток отсечки равный 12Iн.т.р.

Iн.т.р. = 12х16 = 192А

. Выбираем автоматический выключатель для двигателя нории :

Uном.авт. > Uном.сети

Iном.авт. > Iном.

В = 380В

А > 7,4А

Выбираем автоматический выключатель типа ВА60-26, комбинированный (Iном. = 31,5А Uном. = 380).

Произведём выбор теплового расцепителя автоматического выключателя:

Iном.т.р. > Iраб.дв. x kном.т.р

Iном.т.р. > Iраб.дв. x kном.т.р = 6,66 х 1,2 = 7,9А

Выбираем Iном.т.р. = 8А

Пределы регулирования (0,9 - 1,5)Iном.т.р. = (7,9А - 12А).

Выбираем ток электромагнитного расцепителя автоматического выключателя:

Iэ.м.р. > Iпуск.дв. x kном.э.м.р.

Iэ.м.р. > 44,4х1,25 = 55,5А

Выбираем ток отсечки равный 12Iн.т.р.

Iн.т.р. = 12 х 8= 96А

. Произведём выбор предохранителя для защиты электрокалорифера

Uном.пр > Uном.сети

Iном.пр. > Iном.уст.

В > 380В

Iном.пр. > 65,8А

Выбираем предохранитель ПН-2 (Uном.пр.= 500В, Iном.= 100А).

Выберем плавкую вставку предохранителя:

Iном.пл.вст. > Iраб.

Iном.пл.вст. > 65,8А

Iном.пл.вст. = 80А.

. Разработка нестандартных элементов и технических средств

Выбираем шкаф Spacial 3D,габариты 300*300*200

Выбранный щит должен иметь соответствующую условиям работы степень защиты IP, быть не материалоемким, соответствовать эстетическим требованиям, быть удобным в обслуживании и удовлетворять по цене.

На задней панели расположены: 2 автоматических выключателя, группа предохранителей, 3 магнитных пускателя, клемная колодка.

Рис.1 габаритные размеры щита Spacial 3D

Шкаф управления обязательно зануляется и заземляется. Монтаж схемы управления осуществляется проводами ПВ, связанных в хомут, а также по всем правилам ПУЭ.

На верхней крышке щита управления устанавливаем кнопочную станцию, пакетные переключатели и сигнальную арматуру, а также прибор ТРМ-138

. Разработка схемы соединений щита управления

При помощью электрической принципиальной схемы системы автоматического управления бункером активного вентилирования я разработал схему соединений щита управления в следующем порядке:

Схема управления загрузкой, температурой и влажностью зерна. Переключатель SA1 может быть установлен в положения при ручном Р и автоматическом А управлении. Датчик уровня SL1 и SL2 контролируют верхний и нижний уровень зерна в бункере. Норию загрузки пускают кнопкой SB1, в результате чего магнитный пускатель КМ1 подаёт питание на электропривод М1.

Когда уровень зерна в бункере достигает максимального значения, размыкается контакт SL1, из цепи тока выводится пускатель КМ1.

Влажность воздуха на сходе в слой зерна и выходе из него контролируют влагомерами с контактными датчиками В1 и В2, которые замыкаются при повышенной относительной влажности воздуха соответственно на входе и выходе бункера. Если влажность зерна повышенная, то выносимая воздухом влага замыкает контакты В2, в результате чего включается пускатель КМ2 электропривода вентилятора. Процесс сушки продолжается до тех пор, пока до установленного значения не снизится вынос влаги из зерна. Тогда размыкаются контакты В2, и лишается питания пускатель КМ2 электропривода М2 вентилятора

Если при включении вентилятора М2 влажность воздуха на выходе ниже равновесной, то выноса влаги не будет. В этом случае вентилятор М2 отключается контактами ТРМ-138 с выдержкой времени, достаточной для выноса влаги из зерна к датчику В2.

Электронагревательные элементы ЕК калорифера включаются только при работающем вентиляторе, когда высокая влажность воздуха на входе в зерно. В этом случае замыкаются контакты В1 влагомера, и включает магнитный пускатель КМ3 калорифера. Отключается калорифер автоматически в результате размыкания контактов В1 при снижении влажности окружающего воздуха.

Если температура зерна достигнет максимально допустимого значения, замыкаются контакты SK, и магнитный пускатель КМ2 включает вентилятор. При этом, чтобы снизить (до 65%) относительную влажность воздуха, его пропускают через электрокалорифер.

. Определение основных показателей надежности автоматической системы

1.     Определяем интенсивность отказов системы автоматического управления бункером.

lа= Кл*S*li*ni

Где Кл - поправочный коэффициент на конкретные условия эксплуатации=10;

ni - число однотипных элементов в системе;

li - интенсивность отказов;

lа = 10*90*10-6 = 900*10-6 = 0,009

2.     Среднее время работы системы на отказ:

tот = 1/ la = 1/900*10-6 = 111 ч.

3.     Время восстановления:

tв = Кn*S*li*ni*tвi/S*li*ni

Где Кn - коэффициент учитывает время поиска неисправностей в системе (Кn =1,5…2).

tвi - время восстановления элемента, ч.

tв =1,5*34,7/90 = 0,57 ч.

.        Ожидаемое количество отказов системы за год:

mо = lа*tp

где tp - время работы оборудования в течении года, ч.

mo = 900*10-6*2024 =0,05 отказа.

.        Ожидаемое суммарное время простоя технического оборудования за год:

tnc = mo*tnp

где tnp - время простоя технического оборудования при одном отказе

tnp = t+tэв

где tэв - средние затраты времени за доставку оборудования и вызов ремонтно - обслуживающего персонала (рассчитывается как средние данные по конкретному хозяйству) (1,2)

tnp = 0,03 + 1,2 = 1,23.= 2,5*1,23 = 3,07 ч.

6.     Ожидаемое время простоя технического оборудования из - за его отказов в работе:

tnтo = tp*(1 - Kг)/Кг

где Кг - коэффициент надёжности (0,98);

tp - безотказное время работы оборудования в год, ч. (2020ч.)

tnтo = 2020*(1 - 0,98)/0,98 = 41,2 ч.

7.     Годовая загрузка технического оборудования:

tгз = tp + tnc = 2020 + 3,075 = 2023,075 ч.

10. Расчет экономической эффективности автоматизации

1.       Определяем удельные приведённые затраты

Зу = ЭЗу +КуЕн

Где Зу - удельные приведённые затраты, руб/ед.раб.;

ЭЗу - удельные эксплуатационные затраты (затраты на эксплуатацию

машин и оборудования), руб/ед.раб.,

Ку - удельные (относительные) капиталовложения, руб/ед.раб.;

Ен - нормативный коэффициент экономической эффективности капитальных вложений (Ен=0,15);

Величина эксплуатационных затрат:

ЭЗу = Зп+А+Тро+ Сэ+Пр

Зп - затраты на оплату труда рабочих, занятых обслуживанием машины или оборудования, руб.;

А - амортизационные отчисления на реновацию (полное восстановление) и капитальный ремонт, руб.;

Тро - затраты на текущий ремонт и техническое обслуживание, руб.

Сэ - стоимость потребляемой электроэнергии, руб.

Пр - прочие прямые затраты (составляют 1% от суммы Зп + А + Тро + Сэ), руб.

Общая величина заработной платы:

Зп = tc*Дг*no*Чс*Кд*Кн

tc - продолжительность работы машин и оборудования в течении суток, ч;

Дг - продолжительность работы машин и оборудования в течение года, дней;

no - количество обслуживающего персонала (одинаковой квалификации), чел.;

Чс - часовая тарифная ставка обслуживающего персонала, руб;

Зп = 22*92*1*5,6*1,4*1,04 = 16502,88

Амортизационные отчисления:

А = ВС * а/100

ВС - балансовая стоимость автоматизированных машин и оборудования, руб.

а - годовая норма амортизационных отчислений на реновацию (полное восстановление),%.

А = 27864*12,5/100 = 3484.

Затраты на ТР и ТО:

Тро = ВС*r/100

r - годовая норма отчислений на текущий ремонт и техническое обслуживание машин и оборудования ,%

Тро = 27864*5,5/100 = 1532,52

Стоимость потребляемой электроэнергии

Сэ = Рн*Кз*tc*Дг*Тээ/hс

Рн - номинальная мощность тока приёмников, кВт

Дг - продолжительность работы электрооборудования в течение года, дней

hс - коэффициент полезного действия электропривода

Кз - коэффициент мощности

Тээ - тариф на используемую электрическую энергию, руб./кВт*ч

Сэ = (24+5,5+3)*1*22*92*0,48*1,16/1 =36626,3

ЭЗу = 16502+3483+1532,52+36626,3+594 = 58737,82

Капитальные вложения:

Кав = Цоп+Моб+Нр

Цоп - оптовая цена на оборудование и средств автоматизации, руб.

Моб - затраты, 20…25% от Цоп

Нр - накладные расходы принимаются 10% от Цоп

Кав = 27864+6966+2786,4 = 37616

Зу = 58737,82+27864*0,15 = 62917,42

2.       Определяем дополнительную денежную выручку от автоматизации:

ДВдоп = (В*Б*Кпу*Цр)

В - вместимость бункера, ц

Б - количество бункеров

Кпу - коэффициент повышения продуктивности

Цр - цена реализации

ДВдоп = 250*16*0,08*568 = 181760

3.       Определяем годовой экономический эффект:

Эфг = ДВдоп - Зу = 181760-62917,42 = 118842,58

Т =Кав/Эфг = 37616,4/118842,58 = 0,32 года.

Заключение

В курсовом проекте я произвёл расчёт электрооборудования бункеров активного вентилирования, закрепил знания по выбору пусковой и защитной аппаратуры. Также получил дополнительные навыки при выполнении графической части.

Электрификация данного объекта дала возможность при большом объёме сырого зерна вовремя производить сушку или до сушильную консервацию зерна. Я пришёл к выводу, что сушить зерно способом активного вентилирования целесообразно. В результате проделанной работы добился полной электрификации своего объекта.

В бункерах активного вентилирования при сушке семенного зерна, оно сохраняет свои семенные качества и свойства.

Если применять бункера активного вентилирования, то это приведёт к экономии денежных средств и ускорению процесса сушки зерна с сохранением всех его качеств.

Изучил новый метод расчётов экономической эффективности автоматизации, где определил срок окупаемости и эффективность внедряемой установки.

Библиографический список

1.   И. Ф. Бородин, «Автоматизация технологических процессов», Москва Агропромиздат 1986 год.

2.       А. Е. Баум «Сушка зерна», Москва «Колос» 1983 год.

.        Б. Е. Мельник «Справочник по сушке и активному вентилированию зерна» Москва «Колос» 1980 год.

.        И.Л. Каганов «Курсовое и дипломное проектирование», Москва «Агропромиздат», 1990 год.

5. . Колесник А.Л. «Курсовое и дипломное проектирование», Москва, «Колос»,1972г.

6. В.И.Жидко «Зерносушение и зерносушилки

7. . Кудрявцев И.Ф. «Электрооборудование и автоматизация с/х агрегатов и установок», Москва, 1988г