Automatyzacja dozowania cieczy obejmuje m.in. dwa zagadnienia, którymi się tutaj zajmiemy:
- odmierzanie określonych (zaprogramowanych) porcji cieczy; wiąże się z tym mieszanie cieczy, czyli odmierzanie jednocześnie (lub kolejno) określonych porcji kilku składników;
- regulacja strumienia cieczy w funkcji jednego lub kilku parametrów obiektowych.
Dla zautomatyzowania dozowania cieczy niezbędne są urządzenia:
- przy pomocy których możliwa jest regulacja strumienia cieczy;
- urządzenia (przyrządy, przetworniki) pomiarowe;
- urządzenia sterujące.
ad 1) Regulacja strumienia cieczy realizowana jest m.in. przez zawory regulacyjne lub różnego rodzaju pompy. Regulacja strumienia cieczy przez pompę realizowana może być przez zmianę częstotliwości napięcia zasilającego silnik pompy. Pompy dozujące, które będą nas interesować przede wszystkim, przystosowane są do regulacji wydajności przez zmianę jednostkowej objętości (zmianę skoku nurnika lub wielkości ugięcia membrany). Częstotliwość suwów jest stała i optymalizowana pod kątem prawidłowego działania zaworów dla określonych rodzajów cieczy.
Zmiana częstotliwości w ograniczonym zakresie jest możliwa. W ten sposób może być realizowana regulacja wydajności wtedy gdy pompa musi być zainstalowana w strefie zagrożonej wybuchem. Urządzenie sterujące w tym przypadku musi być zainstalowane poza strefą.
ad 2) Urządzenia pomiarowe z punktu widzenia rozpatrywanych tu zagadnień można podzielić na:
- urządzenia mierzące objętość lub strumień objętości cieczy;
- przetworniki pomiarowe parametrów obiektowych, od których ma być uzależniony przepływ cieczy.
Przyrządy pomiarowe w prezentowanych tu układach automatyzacji dozowania mogą mieć standardowe wyjście informacyjne automatyki tzn. sygnał prądowy 0 - 20 mA, 4 20 mA, sygnał napięciowy 0 - 5 V, sygnał impulsowy 0 - 24 V. Informacja może być też przekazywana interfejsem szeregowym.
Pomiar przepływu cieczy może być realizowany standardowymi przyrządami czy przetwornikami. Może być on jednak realizowany także przez zliczanie obrotów silnika pompy (nie tylko dozującej) - po wyskalowaniu, w ustalonych warunkach hydrodynamicznych i z ograniczoną, jak zwykle, dokładnością. Prezentowane metody automatyzacji uwzględniają także wykorzystanie wodomierza jako miernika strumienia cieczy. Pompa dozująca jest jednak dla nas także podstawowym urządzeniem pomiarowym przepływu cieczy. Realizuje ona funkcję regulacji wielkości przepływu i jednocześnie pomiaru tej wielkości.
ad 3) Urządzenia sterujące, w tym programowany, mikroprocesorowy sterownik SPD będą szczegółowo omówione w dalszej części materiału.
POMPY DOZUJĄCE
Jednym ze sposobów uzyskania określonego przepływu w jednostce czasu lub odmierzenia porcji cieczy jest zastosowanie pomp dozujących. Pompy dozujące można podzielić ze względu na budowę głowicy dozującej na:
- tłokowe (nurnikowe);
- membranowe;
natomiast ze względu na rodzaj napędu na:
- silnikowe;
- elektromagnetyczne impulsowe.
Oprócz dokładnego odmierzania przepływu cieczy pompy dozujące odznaczają się możliwością pokonania znacznego przeciwciśnienia. Wydajność pomp dozujących w znacznym stopniu niezależna jest od przeciwciśnienia. Należy zaznaczyć, że elektromagnetyczne pompy impulsowe znajdują zastosowanie w niższych zakresach wydajności (do ok. 100 l/h) i przeciwciśnień. Szczegółowa charakterystyka pomp dozujących zawarta jest w materiałach informacyjnych FAPO Pompy Dozujące Toruń.
Istotną cechą większości pomp dozujących jest możliwość regulacji wydajności, praktycznie od 0 do 100%. Regulacja polega na zmianie wielkości skoku nurnika (lub ugięcia membrany) i odbywa się ręcznie lub przy pomocy siłownika. Regulacja poprzez zmianę wielkości skoku cechuje się liniowością porównywalną z dokładnością pompy - rzędu 1%. W niektórych przypadkach możliwa jest regulacja wydajności poprzez zmianę częstotliwości skoków nurnika, realizowana przy pomocy przemiennika częstotliwości. W tym wypadku należy jednak zwrócić uwagę na: ograniczony zakres regulacji częstotliwości, a tym samym wydajności, najczęściej od ok. 20%, nieliniową zależność wydajności od częstotliwości spowodowaną m.in. zjawiskami hydrodynamicznymi oraz możliwość spadku sprawności przy małych wydajnościach. Niemniej są sytuacje, które uzasadniają wybór takiej metody regulacji wydajności.
AUTOMATYZACJA DOZOWANIA
Możliwe są różne stopnie zautomatyzownia procesu dozowania:
- automatyczne załączanie i wyłączanie pompy z wydajnością ustawianą ręcznie;
- ręczna (zdalna) regulacja wydajności mająca zastosowanie wtedy, gdy pompa znajduje się w miejscu trudnodostępnym lub w środowisku szkodliwym dla człowieka. Głowice muszą być wyposażone w siłowniki ESO, a funkcja realizowana jest przez Sterownik Pomp Dozujących SPD;
- odmierzanie dawek cieczy - pompa wyposażona jest w nadajnik impulsów, a urządzenie sterujące zawiera licznik impulsów. Po załączeniu licznik zlicza zaprogramowaną liczbę impulsów i następuje automatyczne wyłączenie pompy. Wielkość dawki cieczy programowana jest w litrach; w trakcie kalibracji ustalany jest współczynnik przeliczeniowy impulsów na litry. Wartość tego współczynnika może być skorygowana jeżeli zmienią się warunki hydrodynamiczne, zmieni się rodzaj dozowanej cieczy czy zostanie wymieniona głowica dozująca. Wszystkie te czynniki mogą mieć wpływ na rzeczywistą wydajność pompy.
Załączanie i wyłączanie może odbywać się automatycznie;
- odmierzanie dawek cieczy z dodatkowymi funkcjami np. kontrola czujników poziomu w zbiorniku magazynowym, kontrola temperatury cieczy dozowanej, wybór różnych receptur. Wszystkie te funkcje mogą być zrealizowane przy pomocy SPD ;
- układy sporządzania mieszanin składników ciekłych. Wielogłowicowa (do 4, a nawet 6 głowic) pompa dozująca może stanowić podstawowe urządzenie układu sporządzania mieszaniny z 4 (5, 6) składników. Tutaj również wydajność głowic może być nastawiana ręcznie.Wyposażenie głowic w siłowniki umożliwia automatyczną realizację różnych receptur, obliczanie, kontrolę i wyświetlanie składu procentowego mieszaniny.
Wyposażenie pompy w nadajnik impulsów umożliwia wytwarzanie określonych partii mieszaniny. Urządzeniem sterującym jest SPD ; - układy ciągłej, automatycznej regulacji wydajności. Głowice pompy wyposażone są w siłowniki. Sterownik SPD może realizować jedną z dwóch podstawowych funkcji: nadążną, stabilizacyjną albo kompensacyjną (superpozycja dwóch pierwszych). Wydajność pompy zależy od jednego parametru obiektowego (dwóch w przypadku kompensacyjnej) np. wielkości przepływu w rurociągu głównym, pH, temperatury, ciśnienia, poziomu w zbiorniku, strumienia masy.