Зразок роботи
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА ПОЗНАЧЕНЬ
АСУ ТП - автоматизована система управління технологічним процесом.
АЦП – аналого-цифровий перетворювач
БЖ – блок живлення ВВ – ввід-вивід
ККД – коефіцієнт корисної дії
МК – мікроконтролер
СУ – система управління ПК – пристрій керування
БНіП – будівельні норми і правила ППП – пристрій плавного пуску
ПЛК - програмованого логічного контролера
АРМ – автоматизоване робоче місце
ВСТУП
У сфері сучасного виробництва інтеграція автоматизації та передових технологій зробила революцію в багатьох галузях, підвищивши ефективність, точність і загальну продуктивність. Однією з таких сфер, яка значно виграла від автоматизації, є виробництво керамічних виробів. Кераміка займає незамінне місце в різних секторах, починаючи від будівництва та електроніки до мистецтва та дизайну. Однак процес створення цих виробів включає в себе кілька критичних етапів, причому сушіння є ключовим етапом, який суттєво впливає на кінцеву якість і характеристики кераміки.Історія цегли нараховує тисячі років, адже перші свідчення про використання цього матеріалу відносяться до 2-3 століття до нашої ери. Уже тоді робочі в Єгипті використовували глиняні бруски для зведення різних споруд. Проте, до XIX століття техніка виробництва цегли була примітивною - все робили вручну, а сушили цеглу і зовсім тільки влітку. За все своє довге життя технологія виготовлення керамічної цегли зазнала не так багато змін, але удосконалень пережила безліч. До початкового ручного формування і природній сушці цегли додався випал. Лише до кінця 19-го століття процес виробництва цегли вдалося багато в чому автоматизувати і зробити цілорічним. Сьогоднішні заводи з виробництва цегли - це складні автоматизовані системи, що працюють цілий рік. Але і на сьогоднішній день до повної автоматизації виробництва далеко[19]. Так чи інакше, цегла глиняна пластичного пресування була і залишається найпоширенішим стіновим керамічним матеріалом. Економічна ж цінність цього виробництва для крани полягає в тому, що будівництво в Україні та інших країнах дуже важлива справа і потрібні матеріали які б відповідали відповідним критеріям. Особливо в ситуації, яка зараз відбувається це є дуже актуальним. Наприклад, один з таких методів є розташування приміщення до місця з необхідними ресурсами таких як глина, на відстані не більше ніж 2 км. У такому випадку витрати палива та часу на доставку сировини будуть оптимальними. Якщо сировина перебуває на відстані більше 20 км від приміщення, виробництво стає нерентабельним. Також економія буде зростати із-за приладів автоматизовано налаштованих на певний алгоритм роботи про який йдеться в перших розділах роботи. Підприємства з виготовлення цегли в світі середньої потужності дають 5-15 млн цеглин щорічно, термін їх окупності становить 2-3 роки, а великі потужні заводи з продуктивністю 25-60 млн повертають власнику інвестовані кошти за період від 1,5 до 2 років. Однак вищенаведені цифри стосуються тільки тих підприємств, які були раніше в експлуатації. Спорудження нового вимагає вже не кількох мільйонів, а кількох десятків мільйонів гривень, і окупиться воно не так швидко. Тому розвивати підприємство з нуля варто лише в тому випадку, якщо воно розраховане на значно більші потужності, ніж наведені вище приклади, і планує виготовляти лише високоякісну цеглу. Адже підприємства середньої та великої потужності значною мірою автоматизовані: тільки в такому випадку вони можуть виготовляти велику кількість цегли. Якщо ми говоримо про завод середньої та великої потужності, то в сучасних заводаї цей процес теж повністю автоматизований, з початку виробництва до отримання першої повноцінної цегли проходить від 6 днів до 3 тижнів. Швидкість виготовлення продукції залежить від двох факторів: використовуваних технологій та погодних умов. Продуктивність заводу також залежить від того, яку піч ви оберете. Вони бувають переважно двох видів: кільцеві та тунельні. Використання першої вимагає менших витрат, але в такому разі не обійтися без ручної праці. При цьому якість цегли, випаленої в кільцевій печі, буде нижчою, ніж в більш дорогій і повністю автоматизованої тунельної печі. Призначення існуючої СУ технологічного процесу в цілому є покращення якості регулювання основних технологічних параметрів, зменшення відхилень від норм технологічного регламенту, заміна морально чи фізично застарілих існуючих засобів автоматизації та покращення роботи алгоритму для сушки цегли.Завданням цієї роботи є розробка системи, яка б зменшила витрати енергії та покращила б якість матеріалу, що виробляється. В даному випадку – це покращення та вдосконалення процесу сушки цегли за допомогою оптимальної роботи сушарки.
1 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТА УПРАВЛІННЯ
Для сушіння цегли передбачені тунельні сушарки з поперечним ходом теплоносія. Сушила мають 13 камер і розділена на 2 частини: з 1 по 6 камери в першій частині, а в другій з 7 по 13 камеру. За схемою теплопостачання всі камери розбиті на три блоки. Блок сушки обслуговується групою, яка складається з теплогенератора ТВС-8, циркуляційного вентилятора МВТ-120-470-15Р, вентилятора витяжки ВР 80-75 №12,5 і повітропроводу, який розподілений і пов'язаний з клапанами для подачі теплоносія до кожної камери.
Кожна камера має двері, які піднімаються вгору за допомогою електротельфера. В середині камери встановлено 6 паралельних рейкових шляхів, уздовж яких змонтовані металеві 10-поличні стелажі для укладання на них пари рейок з цеглою. Верхню частину камери перекривають
«тимчасовим» перекриттям з азбестоцементних листів. В результаті між склепінням і «тимчасовим» перекриттям утворюється порожнина для циркуляції теплоносія. Усередині бічних стінок встановлені напрямні пристрої, призначені для розподілу потоку теплоносія по всьому перерізу камери. На центральній стінці встановлений осьовий вентилятор МВТ-120-470-15Р для циркуляції повітря для більш рівномірного висихання цегли по всьому об'єму в камері.
У центрі кожної половини камери передбачений канал для виведення вологого відпрацьованого повітря в атмосферу.
Гаряче повітря надходить у камеру із зони охолодження печі та від теплогенератора ТВС-8, що працює на природному газі. Теплогенератор забирає повітря з приміщення цеху через теплообмінник, нагріває його до 120°С і повертає нагріте повітря в сушильну камеру. З сушильної камери повітря видаляється за допомогою витяжного вентилятора ВР 80-75 №12,5.
Після сушіння цеглу знімають із сушильних рейок або сушильних лотків і поміщають у візок печі. Вогнетривка цегла викладається з внутрішньої сторони печі, в якій обпалюється цегла. Цегляна піч (24) складається з трьох основних зон: зони підготовки, зони випалу та зони охолодження. Основна частина технологічного обладнання цегельного заводу зосереджена в зоні випалу печі. Для розпалювання цегли використовуються пальники, розташовані над піччю або збоку від неї.
Після випалу цегли в печі візок печі транспортується до станції пакування цегли. Автоматичні гідравлічні грейфери німецької компанії Probst дозволяють плавно та надійно знімати випалену цеглу з печі та укладати пачки на транспортувальні піддони. Пресування мішків з цеглою здійснюється в автоматичному режимі. Пачки цегли на піддонах або без них подаються на станцію намотування. Упаковка для піддонів з керамічною цеглою буває двох видів: обгортання стретч- плівкою та упаковка з металевої або поліуретанової стрічки. Після чого цеглу збирають в складі готової продукції (25).
2. ІНФОРМАЦІЙНИЙ АНАЛІЗ ОБ'ЄКТА УПРАВЛІННЯ. ВИБІР КАНАЛІВ УПРАВЛІННЯ
2.1Інформаційний аналіз об'єкта управління
Такі термічні процеси, як сушка та випал, надзвичайно важливі для стабільного виробництва високоякісної будівельної цегли. При реструктуризації діючого цегельного заводу для проектування нового цегельного заводу ключовим завданням є забезпечення високої продуктивності теплової установки, високої якості готової продукції та низьких енерговитрат .
Одним із найбільш енерговитратних процесів у виробництві керамічних виробів є процес сушіння. Технічна схема процесу сушіння представлена на рис. 2.1.
Рис. 2.1 - Технологічна схема процесу сушіння
1 - повітропровід гарячого повітря; 2 - повітропровід нагрітого повітря; 3 - заслінка регулювання витрат гарячого повітря; 4 - заслінка регулювання витрат нагрітого повітря; 5 - датчик температури повітря; 6 - датчик вологості повітря; 7 - датчик вологості сировини; 8 -датчик ваги; 9 - вагонетки з сировиною.
Заслінка подачі гарячого повітря 3 та гарячого повітря 4 обладнані виконавчими механізмами. Гаряче повітря подається до сушарки, а нагріте повітря видаляється з сушарки, щоб можна було виправити втрату вологи в різних частинах сушарки.
Перед завантаженням сировини в сушарку в обладнанні 7 вимірюють її вологість. У процесі сушіння ваговими датчиками 8 вимірюють вагу візка 9 на початку, в середині та в кінці сушарки. Розраховується вологість цегли. Також вимірюється температура, вологість і потік повітря.
В даний час існують добре розроблені методи математичного опису процесів теплообміну та масообміну, на основі яких створюються дуже зручні математичні моделі об'єктів. Однак методи керування процесом сушіння в основному зводяться до стабілізації режимних параметрів окремих контурів [25]. Це значно спрощує процес управління, але часто на шкоду його якості.
Характерним недоліком існуючих автоматизованих систем є неможливість без участі оператора ефективно регулювати параметри повітря, що подається в сушарку в процесі сушіння сировини. Це призводить до утворення дефектів (тріщин, відшарувань, порожнин).
Усунення зазначеного недоліку дозволить стабілізувати якість продукції, що випускається і підвищити продуктивність роботи технологічного обладнання.
2.2.Вибір каналів контролю і управління
Параметрична схема процесу сушіння приведена на рис. 2.2.
Рис. 2.2 - Параметрична схема процесу сушіння
Для керування процесом сушіння запропоновано використовувати математичну модель втрати маси сировини на основі виміряних змін маси.У режимі постійної продуктивності рекомендується змінювати параметри теплоносія для контролю процесу сушіння. Останнє регулюється, але шляхом контролю зважування вагонетки із сировиною, щоб наприкінці технологічного процесу була досягнута необхідна вологість без дефектів (тріщин, розшарування, втрати міцності).
2.3 Вимоги до системи управління
Основним завданням системи управління є підтримання ефективності процесу сушіння. Це позитивно позначається на витраті теплоносія, необхідному для забезпечення заданої вологості цегли, і екологічності процесу сушіння. .
Традиційно задача оптимізації керування процесом сушіння будівельних матеріалів вирішується шляхом пошуку керуючих впливів за допомогою багатофакторних моделей, що зв’язують параметри сировини та показники якості готової продукції, такої як цегла. При цьому підвищення точності оптимального керування зводиться до завдання підвищення точності визначення коефіцієнтів моделі. Це можна гарантувати за допомогою адаптивного керування.
Аналіз сучасних технологічних процесів сушіння і випалу керамічної цегли дозволив виявити цілий ряд факторів , який дає віднести цю технологію до класу слабоформалізованих процесів: - параметри, які, як правило, можуть бути візуально та якісно оцінені оператором (нестабільність певної маси сировини, нерівномірність подавання повітря, футерівка вагонетки печі); - неможливість дійового контролю властивостей керамічної цегли в процесі сушіння; - значний час сушіння та теплова інерційність сушильної установки; - можливе порушення технічного регламенту, що може призвести до значних матеріальних втрат; - наявність людини як ланки технологічного ланцюга при штовханні печі вагона
У зв’язку з існуванням різних сценаріїв перебігу технологічного процесу, що визначаються вищевказаними факторами, доцільно використовувати загальну модель, яка адекватно описує об’єкти керування, придатна для цифрових систем керування та прийнятна за складністю. Велика кількість заданих сценаріїв керування, необхідність використання евристичних методів розпізнавання ситуацій у вигляді певного набору правил та експертиза зумовили використання процедур м’якого обчислення, у тому числі апарату нечіткої логіки.
2.4.Локальні контури управління за обраними параметрами
2.4.1 Локальний контур вимірювання параметрів повітря, що подається в сушильну камеру і управління заслінками подачі гарячого і нагрітого повітря в камери №1, №2, №3
Відповідно до параметрами формулювання процесу сушки, представленими на рис. 2.2, управління процесом сушіння структуровано як завдання стабілізації вологості, температури та витрачання повітря. Груба робота над параметрами сушіння здійснюється шляхом контролю швидкості обертання подаючого і всмоктуючого вентиляторів, а точне регулювання параметрів сушки досягається зміною положення заслінок, прикріплених до повітропроводів.
Рисунок 2.3 - Контур стабілізації вологості, температури і витрати повітря
MEY - датчик вологості повітря, FEY - датчик витрати повітря, TEY - датчик температури повітря, GE1(GE2) - датчик положення заслінки гарячого (нагрітого)повітря, SCY - частотний перетворювач, FCY, MCY - пристрій плавного пуску, М1 (М2) - електродвигун приводу заслінки гарячого (нагрітого) повітря, М3 - електродвигун циркуляційного вентилятора, М4 - електродвигун вентилятора теплогенератора, М5 - електродвигун витяжного вентилятора, IA- вхід мікроконтролера аналоговий, МК - мікроконтролер, OD - вихід мікроконтролера цифровий, OA- вихід мікроконтролера аналоговий.
2.4.2 Локальний контур управління двигуном електролафета
Переміщення каретки в сушильному каналі в положення зупинки активує фотодатчик, який працює за принципом прийому відбитих променів. У цьому випадку мікроконтролер повинен подати команду пристрою плавного пуску зупинити двигун електролафета.
Рисунок2.4.- Локальний контур управління двигуном електротельфера
GE - фотодатчик положення візка, МК - мікроконтролер, ID- вхід мікроконтролера цифровий, GCY - пристрій плавного пуску, М-двигун електролафета, МК - мікроконтролер, ID- вхід мікроконтролера цифровий, OD - вихід мікроконтролера цифровий
Блоки сушильних камер розділені дверцятами. Двері відкриваються і закриваються за допомогою електротельфера. Стан дверей (відкриті, закриті) визначається за допомогою індуктивних датчиків положення краю GE1, GE2. Привід електротельфера керується реверсивним пристроєм плавного пуску NSY.
Рис. 2.5 - Контур управління двигуном електротельфера
GE1, GE2 - індукційні датчики положення дверей, GCY - пристрій плавного пуску реверсивний, М-двигун електротельфера, МК - мікроконтролер, ID- вхід мікроконтролера
цифровий, OD - вихід мікроконтролера цифровий
На основі локальних контурів була побудована функціональна схема автоматизації процесу сушіння цегли-сирцю.
3.ВИБІР СУЧАСНИХ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ. РОЗРОБКА СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ
3.1.Вибір засобів вимірювання вологості.
Перед завантаженням цегли-сирцю в камеру сушки і після вивантаження з неї в систему управління необхідно ввести значення його початкової вологості. На ринку пропонується кілька варіантів необхідних засобів вимірювання. Розглянемо наявні пропозиції.
Електронний вологомір Wintact WT630
Пристрій, що широко застосовується в будівництві, дає змогу виміряти вологість цегляного муру, картону, деревини різних порід. Належить до безконтактних експресвимірників вологості. Його перевага — здатність аналізувати матеріал, не руйнуючи його. В основу роботи приладу покладено принцип проникнення електромагнітних сигналів у поверхню, яка аналізується. Цим експрес-вимірювач WINTACT WT630 вигідно відрізняється від будь-якого голчастого вимірювача, позаяк руйнувальний метод вимірювання використовувати не завжди зручно. Безконтактний експрес-вимірювач WT630 легкий, компактний і простий у використанні.
Рис. 3.1 - Електронний вологомір Wintact WT630
Вимірювач вологи бетону вологомір-МГ4БМ
Прилад Вологомір-МГ4БМ призначений для оперативного контролю вологості деревини і широкої номенклатури будівельних матеріалів, у тому числі у виробах, конструкціях та спорудах за щільністю 400, 600, 800, 100, легкий щільністю 1000, 1200, 1400, 1600 і 1800, цегла керамічна і силікатна, забезпечена 15 градуювальними залежностями на деревину.
Вологомір-МГ4БМ, на відміну від аналогів, має моноблочну конструкцію, що поєднує електронний блок та датчик. Вимірювання твердих матеріалів починаються автоматично під час встановлення приладу на об'єкт контролю.
Прилад забезпечує можливість контролю твердих матеріалів (бетон, розчинна стяжка, штукатурка, цегла) та деревини в лабораторних, виробничих та натурних умовах.
Принцип дії приладу заснований на кореляційній залежності діелектричної проникності матеріалу від вмісту вологи при позитивних температурах. Існує три режими виміру: одиничний; режим із усередненням вимірювань та режим безперервного вимірювання для виявлення ділянок з підвищеного вмісту вологи.
Рис. 3.2 - Вимірювач вологи бетону вологомір-МГ4БМ
Таблиця 3.1 - Порівняльні технічні характеристики вологомірів
Параметр МГ4БМ Wintact WT630
Діапазон вимірювання вологості будівельних матеріалів,% 1 - 45 0,5 - 79,5
Основна абсолютна похибка - не більше,% ± 1,5 ± 1,5
Енергоживлення акумулятор Елемент
живлення
Інтерфейс зв'язку з ПК RS-485 немає
Маса, кг 0,8 0,146
дивитися на діапазон вимірювання, вагу та найголовнішу ціну, яка в МГ4БМ майже в 10 разів дорожче за Wintact WT630 і те що МГ4БМ важко де знайти, а Wintact WT630 широко розповсюджений прилад, то однозначно вибираємо Wintact WT630. Щоб можна було усунути основний недолік Wintact WT630, можна докупити програмне забезпечення для зв’язку з ПК, що в сумі вийде в рази менше ніж вартість МГ4БМ.
Під час сушіння цегли-сирцю необхідно вимірювати вологість поступаючого в камеру повітря. Розглянемо наявні пропозиції.
Датчик (перетворювач) вологості та температури повітря ПВТ10
Датчик вологості та температури ОВЕН ПВТ10 призначений для безперервного перетворення відносної вологості та температури неагресивного газу в два уніфіковані вихідні сигнали 4…20 мА та передавання виміряних значень за інтерфейсом RS-485 (Modbus RTU).
Функціональні особливості:
-цифровий датчик вологості та температури
-діапазон вимірювання відносної вологості: 0…95 %RH, абсолютна похибка
3,0 (4,0) %RH
-діапазон вимірювання температури: -20…+70 °С, абсолютна похибка 0,5 °С.
Магістр