Проект реконструкции сеточной части БДМ 2 ООО Енисейский ЦБК с целью увеличения производительности (стр. 16 из 22)
Магнитоупругий датчик (МД) – это измерительный преобразователь механических усилий или давления в электрический сигнал. Выполнен в виде катушки индуктивности с ферромагнитным сердечником, у которого намагниченность (следовательно, и индуктивность катушки) меняется при деформации сердечника под действием измеряемой величины.
Магнитоупругие датчики могут иметь различные конструктивные исполнения, но в любом случае датчик состоит из магнитопровода или системы магнитопроводов, а также намагничивающей и измерительной обмоток. Магнитопроводы изготавливаются шихтованными. В сплошных магнитопроводах чувствительность снижается тем больше, чем выше частота тока, проходящего в обмотках датчика [1].
В основе магнитоупругих датчиков лежит эффект магнитной упругости ферромагнитных материалов. Магнитоупругим эффектом называют эффект изменения магнитом свойств под действием механических напряжений.
Принцип действия магнитоупругого датчика: под воздействием приложенного усилия к магнитопроводу в нем изменятся магнитная проницаемость m, а также величина магнитного потока, созданного намагничивающей обмоткой. В результате изменяется ЭДС взаимной индукции и напряжения измерительной обмотки.
Преобразование механического усилия в электрическое напряжение условно можно разделить на три этапа. На первом этапе происходит преобразование измеряемого усилия в механическое напряжение в материале магнитопровода. На втором этапе происходит преобразование механических напряжений в магнитопроводе в изменение его магнитных характеристик. На третьем этапе изменения магнитных характеристик магнитопровода преобразуются в изменения выходного электрического напряжения.
Магнитоупругий датчик (иногда его называют прессдукторным) состоит из шихтованного магнитопровода и двух перпендикулярных обмоток, расположенных под углом 90° друг к другу. При прохождении тока в намагничивающей обмотке и отсутствии напряжений в магнитопроводе магнитный поток через плоскость вторичной обмотки оказывается равным нулю. При сжатии пакета поворачивается вектор магнитной индукции, создается поток через измерительную обмотку и в ней индуктируется ЭДС, пропорциональная сжимающей силе.
Недостатками магнитоупругого датчика является повышенный гистерезис.
Эти недостатки устранены в дифференциальном магнитоупругом датчике. Дифференциальный магнитоупругий датчик (ДМД) отличается от МД количеством измерительных обмоток и их расположением относительно подмагничивающей обмотки. Общий вид ДМД представлен на рисунке 6.2. У ДМД одна измерительная обмотка расположена в направлении действующего усилия, другая перпендикулярно этому направлению. Измерительные обмотки имеют равное число витков. Обмотка подмагничивания располагается под углом 45° к плоскости измерительных обмоток. Магнитопровод ДМД изготовлен из трансформаторной холоднокатаной текстурной стали Э-320 толщиной листа 0,35 мм.
Для улучшения линейности характеристик Uвых = F(P) листы с продольным и поперечным направлениями проката должны при шихтовке чередоваться.
Монолитность магнитопровода, обеспечивается склеиванием листов, стали полимерным клеем. В магнитопроводе имеется шесть отверстий диаметром 5,5 мм. Размеры магнитопровода 100×58×41 мм. Такой магнитопровод выдерживает силу статического сжатия до 2500 кг.
Рисунок 6.2 – Дифференциальный магнитоупругий датчик
Принцип действия ДМД поясняется рисунком 6.2, на котором показан характер распределения магнитных потоков при протекании переменного тока по намагничивающей обмотке w2. Если магнитопровод выполнен из магнитоизотропного материала и обмотки расположены симметрично, то при отсутствии сжимающего усилия магнитные линии потока, замыкаясь, пересекают равномерно обе измерительные обмотки w1и w2и индуктируют в обеих обмотках примерно равные ЭДС. Так как измерительные обмотки w1и w2соединены по дифференциальной схеме, суммарное напряжение на выходедатчика равно 0 (I, II, III – обмотки ДМД).
Работа ненагруженного датчика (Р = 0) может быть объяснена таким образом: ток намагничивающей обмотки создает напряженность, вектор Н которой в центре датчика перпендикулярен плоскости первичной обмотки. В изотропном пакете магнитопровода возникает магнитный поток, вектор В, индукции которого совпадают по направлению с напряженностью Н. Вектор В может быть разложен на две равные по модулю составляющие Вх и By, в результате этого в обмотках w1и w2 индуктируются две равные ЭДС, а суммарное напряжение близко к нулю.
Под действием сжимающего усилия в обмотках w1и w2равныемодули Нх и Ну вектора напряженности создают различные индукции Вх и By и индуктируют в этих обмотках, включенных по дифференциальной схеме, различные ЭДС. Выходное напряжение возрастает пропорционально увеличению сжимающего усилия.
Таким образом, ДМД позволяет уменьшить погрешности и увеличить линейный участок характеристики.
Для автоматизации процесса натяжения сетки производим установку, под опору измерительного вала, дифференциального магнитоупругого датчика ДМД-2500, с диапазоном измерения от 2500 до 25000 Н. Напряжение питания ДМД, переменное – 8 В с частотой 670 Гц, а выходное напряжение зависит от давления сетки на измерительный вал и изменяется от 0 до 125 В.
При изменении давления сетки на измерительный валик в ДМД возникает импульс, который, проходя через преобразователь напряжения Е855 М/1-3, изменяется на линейный сигнал с характеристикой от 0 до 0,5 мА. Сигнал с преобразователя поступает на контроллер КР-300, который взаимодействует с ПЭВМ.
Промышленный контроллер КР-300 – это компактный многоканальный многофункциональный высокопроизводительный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления техническими объектами и технологическими процессами. Он находит применение в электротехнической, энергетической, химической, металлургической, пищевой, цементной и других отраслях промышленности.
Контроллер КР-300 эффективно решает как сравнительно простые, так и сложные задачи управления.Контроллер КР-300 является программируемым изделием.Он позволяет, с одной стороны, эффективно и экономично управлять небольшим агрегатом и, с другой, – обеспечить высокую живучесть крупных систем управления.
Он позволяет вести локальное, каскадное, программное, супервизорное, многосвязное регулирование. Архитектура этой модели дает возможность вручную или автоматически включать, отключать, переключать и реконфигурировать контуры регулирования, причем все эти операции выполняются безударно независимо от сложности структуры управления. В сочетании с обработкой дискретных сигналов эта модель позволяет выполнять также логические преобразования сигналов и вырабатывать не только аналоговые или импульсные, но и дискретные команды управления.
Все модели контроллера содержат средства оперативного управления, расположенные на лицевой панели контроллера, позволяющие вручную изменять режимы работы, устанавливать задание, управлять ходом выполнения программы, вручную управлять исполнительными устройствами, контролировать сигналы и индицировать ошибки.
Стандартные аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства подключаются к контроллеру с помощью индивидуальных кабельных связей. Внутри контроллера сигналы обрабатываются в цифровой форме [23].
Основные технические характеристики контролера КР-300 приведены в таблице 6.1.
Таблица 6.1 – Основные технические характеристики контролера КР-300
| НАИМЕНОВАНИЕ | Характеристика КР-300 |
| 1 | 2 |
| ВХОДЫ-ВЫХОДЫ | |
| Аналоговые сигналы | унифицированные сигналы тока и напряжения, сигналы термопар и термосопротивлений, гальваническая развязка |
| Дискретные сигналы | 0-40 V (0.3 А), 0-220 V (2 А), гальваническая развязка |
| Число модулей УСО:-блока БК-блока БУСО | 34 |
| Число блоков БУСО | 4 |
| Максимальное число аналоговых/дискретных входов-выходов:-блока БК-блока БУСО-контроллера в целом | 30 / 4840 / 64190 / 304 |
| КОНСТРУКТИВЫ | |
| Габаритные размеры блоков БК и БУСО, мм | 80*160*365 |
| Напряжение и частота питания блоков | 24V, 220V, 50 Hz |
| Потребляемая мощность | не более 15 ВА на блок |
| ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ | |
| Число контуров всережимного регулирования с безударной ручной или автоматической реконфигурацией | 32 |
| Число логических шаговых программ | 32 |
| Число каналов ручного управления (с пульта) | 224 |
| ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТРОЛЛЕРОВ | |
| Цикл контроллера, с | 0.01 - 0.4 |
| Время рестарта контроллера, с | 0.0005 |
| Цикл опроса аналоговых входов, с | 0.04 - 0.32 |
| Цикл синхронизации баз данных резервированных контроллеров, сек | макс. 0.06 |
| Реальная (с учетом времени обработки сообщений) скорость сети МАГИСТР | 25,6 Кбайт/сек (12000 аналоговых / 192000 дискретных сигналов в секунду) |
| Цикл сети, сек (N контроллеров) | 0.005*N, (макс. 0.155 сек, при N=31) |
| Скорость передач по шлюзовому порту | 5000 аналоговых / 80000 дискретных сигналов в сек |
| ИНТЕРФЕЙС С ПЕРСОНАЛОМ | |
| Интерфейс с технологом-оператором | Пульт контроллера, ПЭВМ верхнего уровня со SCADA-системами (открытые протоколы шлюзового порта) |
| Интерфейс с инженером КИП и А | Пульт контроллера, ПЭВМ верхнего уровня с программным пакетом ИСТОК и LEONA |
Контроллер – программируемое устройство, но для работы с ним не нужны программисты. Процесс программирования сводится к тому, что путем последовательного нажатия нескольких клавиш из библиотеки, зашитой в постоянной памяти, извлекаются нужные алгоритмы, эти алгоритмы объединяются в систему заданной конфигурации и в них устанавливаются требуемые параметры настройки.