УДК 62-50:62-525:628
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И РАСШИРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УНИВЕРСАЛЬНЫХ СИСТЕМ
w 1
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ДОЗИРОВАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ1
THE EXTENSION OF THE TECHNOLOGICAL CAPABILITIES AND THE APPLICATION OF UNIVERSAL AUTOMATED LIQUID
DOSAGE SYSTEMS
Безменов Василий Серафимович
д-р техн. наук, вед. научн. сотрудник E-mail: tandem@ipu.ru
Институт проблем управления
им. В. А. Трапезникова РАН, г. Москва
Аннотация: С целью расширения технологических возможностей и области применения систем автоматизированного дозирования жидкостей, использующих метод контроля отмеривания дозы по косвенным параметрам, разработана универсальная пневмоэлектронная система, строящаяся на базе пневматического мембранного насоса. Приводятся описание ее принципиальной схемы и расширенная классификация замкнутых универсальных систем дозирования.
Ключевые слова: универсальные системы автоматизированного дозирования жидкостей, дозирующие устройства, отмеривание дозы по косвенным параметрам, мембранный насос, классификация, расширение технологических возможностей, области применения, клеевые составы, сборочные производства с клеевыми соединениями.
Bezmenov Vasily S.
D. Sc. (Tech.), Senior Researcher E-mail: tandem@ipu.ru
V. A. Trapeznikov Institute of Control Sciences, RAS, Moscow city
Abstract: In order to expand the technological capabilities and the application of automated liquid dosage systems, using the method of controlling the dose measuring by indirect parameters, a universal pneumoelektrical system, built on the basis of pneumatic diaphragm pump is developed. The article provides a concept and the extended classification of closed universal liquid dosage systems.
Keywords: universal automated liquid dosage systems, dosage devices, measuring the dose by indirect parameters, diaphragm pump, classification, expansion of technological capabilities, applications, adhesive compositions, assembly production with adhesive joints.
ВВЕДЕНИЕ
Разработке принципов и методов построения пневматических систем автоматизированного дозирования (САД) жидкостей была посвящена монография [1], в которой, в частности, была предложена классификация дозирующих устройств (ДУ) и систем, в основу которой были положены признаки наличия или отсутствия в ДУ датчиков контроля его выходных параметров и методы контроля этих параметров.
Среди включенных в указанную классификацию известных дозирующих устройств наибольшее распространение получили порционные дозаторы объемно-поршневого типа с мерной камерой переменного объема и клапанно-поршне-
1 Разработки выполнены в рамках исполнения гранта РФФИ 15-08-06447 А "Исследование и проектирование энергоэффективных адгезивных технологий сборки высокопрочных металло-полимерных соединений на основе анализа физико-механических закономерностей".
вым исполнительным механизмом, использующие прямой метод отмеривания дозы (величина дозы определяется объемом мерной камеры) и перистальтические насосы-дозаторы как универсальные дозирующие устройства. Универсальными будем считать устройства и системы, конструктивно и функционально приспособленные к работе в режимах как порционного, так и непрерывного дозирования, реализуемых за счет изменения алгоритма управления, без введения дополнительных элементов в состав технологического оборудования ДУ.
Точность дозаторов объемно-поршневого типа не превышает ±1 %, а их использование на технических жидкостях ограничено ввиду быстрого износа пары "поршень—цилиндр" при наличии в дозируемом продукте механических частиц. Используемый в ДУ этого типа метод регулирования дозы посредством изменения хода поршня не обеспечивает плавность и оперативность перенастройки дозы в широком диапазоне ее изменения.
Перистальтические насосы-дозаторы, принцип действия которых основан на последовательном пережатии силиконовой трубки вращающимся роликом, хотя и обладают свойством универсальности в указанном выше смысле, неработоспособны на жидкостях, содержащих нерастворенную твердую фазу, имеют сравнительно узкие диапазоны непрерывного и порционного дозирования.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ СИСТЕМ
Особое место в классификации систем дозирования занимают разработанные автором замкнутые универсальные САД с контролем отмеривания дозы по косвенным параметрам, в частности, по времени истечения жидкости при порционном дозировании [2] и по давлению сжатого воздуха в замкнутой дозировочной емкости [3] (см. структурные схемы на рис. 1).
Принцип действия САД, построенных по схемам 1 и 2, основан на автоматической стабилизации на заданном постоянном уровне (Пз = const) полного давления П = Пз = р^ + уН (где р^ — избыточное давление в РР, у — удельный вес дозируемой жидкости, Н — глубина погружения ПТ под уровень жидкости в РР) на входе в ЛТ. В качестве чувствительного элемента датчика давления П используется измерительный преобразователь барботажного типа (БТ в схеме 1) или из-
мерительный преобразователь манометрического типа (ИТ в схеме 2).
Стабилизация давления П в схемах 1 и 2 и, следовательно, расхода дозируемой жидкости в линии ее транспортирования к потребителю производится пневматическим пропорциональным регулятором, на вход "Задание" которого поступает сигнал Пз от пневматического задатчика давления, а на вход "Параметр" — сигнал П на выходе измерительного преобразователя. Регулятор обеспечивает автоматическое повышение давления р1 по мере расходования жидкости (понижения ее уровня Н) в РР, обеспечивая постоянство регулируемого параметра — давления П.
Отмеривание дозы при порционном дозировании в схемах 1, 2 производится по времени открытия клапана К, управляемого пневматическим или электронным таймером по команде от пусковой кнопки сенсорного типа. При непрерывном дозировании клапан К открыт в течение времени, установленного технологическим регламентом.
В САД, построенной по схеме 3, организуется подача дозируемой жидкости из замкнутого РР под давлением р1 в замкнутую дозировочную емкость (ДЕ) с ее одновременным истечением к потребителю. ДЕ выполняет функцию преобразователя расхода на выходе СН в избыточное давление р сжатого воздуха в ее газовой полости. При наполнении ДЕ дозируемым составом давление р повышается.
Рис. 1. Структуры замкнутых универсальных САД:
Схемы 1, 2 — с контролем отмеривания дозы по времени: схема 1 — с ИП барботажного типа; схема 2 — с ИП манометрического типа; схема 3 — безарматурная САД с контролем отмеривания дозы по давлению сжатого воздуха в ДЕ; ДУ — дозирующее устройство; УУ — устройство управления; РР — расходный резервуар; ДЕ — дозировочная емкость; БТ — барботажная трубка; ИТ — измерительная трубка; ПТ — питающая трубка; ЛТ — линия транспортирования; К, К1 — пневмоклапаны; СН — сливной наконечник; В1, В2 — шаровые запорные вентили
Процесс непрерывного дозирования осуществляется посредством наполнения ДЕ до заданной величины давления р и его последующей автоматической стабилизации на этом уровне p = рз = const в течение требуемого времени непрерывного дозирования с постоянным расходом, определяющем производительность ДУ. По окончании времени дозирования оператор переключает УУ в исходное состояние, при котором производится продувка ДЕ сжатым воздухом.
Процесс порционного дозирования осуществляется посредством плавного увеличения давления р от 0 до заданного значения рз (где при порционном дозировании рз — это давление задания дозы) по одинаковому для каждого цикла порционного дозирования экспоненциальному закону изменения давления р\ в РР и отсекания дозы путем переключения УУ в исходное состояние на операцию продувки ДЕ.
На тип САД с отмериванием дозы по косвенным параметрам получен Сертификат соответствия как на "Устройство автоматизированного дозирования жидкостей "САД-1М" (ТУ 5138-00100229530-01). Дозаторы "САД-1М" нашли широкое применение для автоматизации производственных технологических процессов в различных отраслях промышленности — процессов дозирования химреагентов на объектах очистки промышленных сточных вод [4], процессов расфасовки жидкостей в тару [5], в том числе продуктов лакокрасочной промышленности [6], процессов дозированного нанесения клеевых составов в сборочных производствах с клеевыми соединениями [7] и других.
Свойство универсальности ДУ имеет принципиальное значение в технологических процессах [6, 7]. Так, по окончании рабочего цикла расфасовки материалов с адгезивными свойствами требуется промывка гидросистемы ДУ, осуществляемая в режиме непрерывного дозирования промывочной жидкости. В сборочных производствах с клеевыми соединениями порционное дозирование применяется для подачи доз клеевого состава на позицию сборки малогабаритных изделий, перемещаемых по конвейерной линии. В случае крупных габаритов склеиваемых поверхностей ДУ должно работать в режиме непрерывного дозирования с двухкоординатным перемещением изделия относительно сливного наконечника ДУ [8].
Системы "САД-1М" обеспечивают автоматизированную расфасовку широкого спектра жид-
ких продуктов в тару с точностью ±0,5 % от заданной величины дозы и обладают целом рядом преимуществ перед дозаторами объемно-поршневого типа, основные из которых: обеспечение высокой эксплуатационной надежности, требуемой точности и широкого диапазона дозирования; расфасовка жидкостей в тару различного объема и конфигурации; использование однотипного оборудования на жидкостях с широким спектром изменения физико-химических свойств; возможность плавной регулировки и оперативной настройки как величины дозы, так и верхней границы диапазона дозирования; отсутствие "межоперационного" каплеобразования; возможность построения многоканальных и многоручьевых систем дозирования и их совмещения с конвейерными линиями; обеспечение пожаровзрывобезо-пасности при использовании только пневматических средств; простота и безопасность обслуживания.
Однако системы рис. 1 имеют принципиальный недостаток — необходимость прерывания рабочего цикла операций как порционного, так и непрерывного дозирования на время пополнения РР дозируемой жидкостью и последующей подготовки системы к работе. С целью
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.