Автоматизация процесса производства на поточно-транспортных предприятиях строительной индустрии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема выпускной квалификационной работы: “Автоматизация процесса производства на поточно-транспортных предприятиях строительной индустрии на примере ООО «Milagro elygant»»



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. Характеристики процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии

2. Характеристики структурной схемы автоматизированной системы процесса

3. Характеристики функциональной схемы автоматизированной системы процесса

4. Характеристики принципиальной схемы автоматизированной системы процесса

5. Характеристики структуры управления автоматизированной системы процесса

6. Спецификация средств автоматизации процесса

7. Расчеты автоматической системы регулирования

8. Технико-экономическое обоснование автоматизации производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии

9. Обеспечение техники безопасности на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы. За годы независимости Узбекистана строителная индустрия поднялась на качественно новый уровень. Наряду с этим сформировалась производства строительных материалов. Эта отрасль производит строительные товары отвечающих мировым стандартам. Предприятии строительной индустрии оснащены современными техническими средствами, на производстве используются новые технологии.

Как известно, целью автоматизации является ускорение темпов повышения производительности труда, улучшение качества продукции и повышение ее конкурентоспособности, сокращение создания новых изделий. Важным направлением единой технической политики является широкое использование информационных технологий, а также создание высокопроизводительного и высокоэффективного производства, обладающего возможностью быстрой переналадки при переходе с управления одного типа изделия на другой, т.е. создание адаптирующиеся технологический процесс на внешний спрос.

Автоматизация производственных процессов имеет важное значение на современном этапе развития промышленности, в частности на предприятиях строительной индустрии при становлении рыночных отношений. Основой производственных процессов являются автоматизированные технологические процессы, которые обеспечивают высокую производительность и необходимое качество изготовляемых изделий. Современная отечественная строительная индустрия развиваться в направлении автоматизации производства с широким использованием автоматизированных поточных линий, роботов и манипуляторов. Внедрения автоматизированного метода производства позволяет быстро и эффективноп ерестраивать технологические процессы на изготовление новых изделий. Характерным признаком современного производства является частая сменяемость изделий. При этом требования к производительности в условиях мелко-и среднесерийного производства значительно возрастают.

Именно по этому, на наш взгляд существует необходимость внедрение в предприятиях строительной индустрии методы и средства автоматизации. Поскольку, такая необходимость остро ошушается на малых предприятиях частной собственности.

Целью настоящей выпускной квалификационной работы является изучение вопросов связанных с автоматизацией производственного процесса на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии Андижанской области.

В качестве объекта настоящей выпускной квалификационной работы мы выбрали ООО «Milagro elygant» производящий строительные кирпичи. На данном предприятии используется небольшая поточно-транспортная линия которая является основным производственным средством выпуска строительной продукции.

В рамках настоящей выпускной квалификационной работы рассматривались и изучались следующие задачи по автоматизации производственного процесса на поточно-транспортных предприятиях строительной индустрии:

1. Изучение и описание характеристик процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии.

2. Изучение и описание характеристик структурной схемы процесса.

3. Изучение и описание характеристик функциональной схемы процесса.

4. Изучение и описание характеристик принципиальной схемы процесса.

5. Изучение и описание структуры управления автоматизированной системы процесса.

6. Изучение и описание спецификации средств автоматизации процесса.

7. Изучение методов расчета автоматической системы регулирования.

8. Технико-экономическое обоснование необходимости автоматизации производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии.

9. Изучение вопросов техники безопасности на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии.

Структура настоящей выпускной квалификационной работы состит из введения, описания характеристик процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии, описания характеристик структурной, функциональной, принципиальной схем автоматизированной системы а также, структуры управления автоматизированной системы процесса производства. Кроме того, приведены спецификация на средства автоматизации, методы расчета автоматической системы регулирования поточного производства на предприятиях строительной индустрии, технико-экономическое обоснование и раздел посвященный вопросам техники безопасности на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии.

Описательная часть настоящей выпускной квалификационной работы обеспечены необходимыми схемами, графиками, таблицами и другими данными проясняющими методики автоматизации процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии.



1. Характеристики процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии

Разработка технологических процессов автоматизированного производства характеризуется следующими особенностями [5 - 13].

* автоматизированные технологические процессы включают не только разнородные операции механической обработки, но и обработку давлением, термообработку, сборку, контроль, упаковку, а также транспортно-складские и другие операции;

* требования к гибкости и автоматизации производственных процессов диктуют необходимость комплексной и детальной проработки технологии, тщательного анализа объектов производства, проработки маршрутной и операционной технологии, обеспечения надежности и гибкости процесса изготовления изделий с заданным качеством. Степень подробности технологических решений должна быть доведена до уровня подготовки управляющих программ для оборудования;

* при широкой номенклатуре изделий технологические решения многовариантны;

* возрастает степень интеграции работ, выполняемых различными технологическими подразделениями.

Технологические процессы по характеру ориентации изделий и по необходимости обеспечения строгой кинематической связи движений заготовки и рабочего инструмента можно разбить на два основных класса.

К первому классу относятся процессы, при осуществлении которых требуется обязательная ориентация изделий относительно рабочего инструмента, а характер относительного движения заготовки и инструмента подчиняется строгой кинематической зависимости. К этому классу относится большая часть процессов механической обработки и сборки. Автоматизация этих процессов наиболее сложна.

Ко второму классу относятся процессы, при выполнении которых не требуется ориентация заготовок, а рабочий инструмент представляет собой активную обрабатывающую среду. К числу таких процессов можно отнести термическую обработку, сушку, мойку и окраску деталей простейших форм методом погружения, очистку заготовок в галтовочных барабанах, травление в кислотных ваннах. При выполнении этих процессов заготовки могут занимать безразличное положение, соблюдение кинематической связи не требуется и автоматизация процессов осуществляется более просто.

Существует и промежуточный класс процессов, когда заготовки должны занимать определенное положение, а рабочий инструмент представляет собой активную рабочую среду (окраска методом пульверизации, гальванопокрытие, напыление), или когда при наличии рабочего инструмента исходный материал подается в рабочую зону без ориентации движений (прессование заготовок). Автоматизация этих процессов также не представляет больших затруднений.

С точки зрения непрерывности технологические процессы можно разбить на три класса [ ].

- к первому классу относятся процессы, осуществляемые на машинах дискретного действия. При выполнении каждой операции они периодически прерываются из-за необходимости выполнения ряда вспомогательных движений и холостых ходов, установки и снятия обработанных заготовок (собранных узлов).

- ко второму классу относятся процессы, выполняемые на машинах непрерывного действия (бесцентровое шлифование на проход гладких валиков, волочение проволоки, проката и некоторые другие виды обработки). Процесс обработки в пределах данной партии заготовок или данного количества материала не прерывается. Эти процессы характеризуются непрерывным движением изделий при неподвижном положении рабочего инструмента.

- к третьему классу относятся процессы, в которых обработку осуществляют при непрерывном движении и изделий и инструмента в одном транспортном потоке. Эти процессы обычно осуществляются на машинах роторного типа.

Первый класс технологических процессов. Он осуществляется на автоматах и полуавтоматах и характеризуется строгой цикличностью протекания элементов выполняемой операции. Основные (технологические) движения связаны с выполнением процесса обработки (сборки); вспомогательные движения (подвод и отвод инструмента, поворот инструментальных головок и столов, установка, закрепление, открепление и снятие заготовок) обеспечивают выполнение основной работы. Время вспомогательных движений сводят к минимуму, осуществляя их на повышенных скоростях или совмещая эти движения (частично или полностью) с основной работой.

Технологические процессы, осуществляемые на оборудовании дискретного действия, в основном применяют при производстве штучных заготовок.

Повышение производительности машин дискретного действия достигается:

а) сокращением основного времени путем совмещения по времени технологических переходов при многоместной и многоинструментальной обработке, повышение режимов работы оборудования и другими мероприятиями технологического характера;

б) сокращением времени вспомогательных движений за счет рационального построения рабочего цикла, совмещения во времени вспомогательных движений, повышая их скорости;

в) сокращением вне цикловых потерь работы оборудования в результате конструкторских, технологических и организационных мероприятий (применение быстросменных настраиваемых вне станка инструментальных блоков, улучшение конструкции регулирующих устройств, улучшение организации рабочих мест). На оборудовании дискретного действия обычно получают наибольшую точность обработки. Это обусловлено его значительной жесткостью и высокой геометрической точностью.

Второй класс технологических процессов. Его осуществляют на оборудовании непрерывного действия, которое характеризуется тем, что изделия штучного или нештучного характера производятся непрерывно. Технологический процесс протекает без периодической остановки оборудования для остановки и снятия обрабатываемых заготовок (собираемых изделий). Производимая продукция сходит с оборудования непрерывным потоком. К непрерывным технологическим процессам относятся: волочение проволоки и прутков круглого и специального профиля, используемых для изготовления деталей на автоматах, непрерывная прокатка специального проката, непрерывная навивка спиральных пружин на специальных автоматах, пескоструйная и дробеструйная обработка заготовок, расположенных на непрерывно движущемся конвейере, для очистки от окалины и упрочнения.

Примером непрерывного процесса обработки со стационарным инструментом является конвейерное протягивание (рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Схема конвейерного протягивания.

Многопозиционнная подача (обработка) сырья бывает последовательной, параллельной и параллельно-последовательной. На предприятии ООО «Milagro elygant» используется последовательная обработка сырья. Для осуществления последовательной обработки на автоматической линии предусматривается несколько стационарных рабочих позиций, расположенных в порядке выполнения технологического процесса. При прохождении сырья по позициям, на каждой из них последовательно выполняется часть процесса. Причем эти части должны быть приблизительно одинаковой продолжительности. Рабочие позиции в малом или сравнительно большом количестве целесообразно располагать в линию. А среднее количество позиций размещают по окружности (Рис.1.2.).

Рис. 1.2. Расположение рабочих позиций: а) - в линию, б) - по окружности.

На предприятии ООО «Milagro elygant» сырье располагаются в линию. На предприятии ООО «Milagro elygant» которая специализирована на производство строительных кирпичей налажена поточная линия посредством которого сырьё проходит первичную обработку и подается на печь для получения готового продукта.

Насущные требования по совершенствованию и сокращению сроков технологической подготовки производства вызвали необходимость в принципиально новом подходе к проектированию технологических процессов с использованием методов и систем автоматизированного проектирования.

В строительной индустрии и ряде других отраслей промышленности используют

разнообразные механизированные поточные линии. Классификация поточных линий определяется рядом признаков, в соответствии с которыми можно выделить, например,

· однономенклатурные линии;

· многономенклатурные линии;

· синхронизированные линии с рабочим и распределительным конвейерами;

· линии с регламентированным и со свободным ритмами;

· линии с непрерывным и пульсирующим движениями конвейера и т. д.

На наш взгляд на предприятии ООО «Milagro elygant» экономически целесообразным является внедрение автоматической линии - совокупность технологического оборудования, установленного в последовательности технологического процесса обработки, соединенного автоматическим транспортером и оснащенная автоматическими загрузочно-разгрузочными устройствами и общей системой управления.

Производство кирпича схематично представлено на рис.-1.3. Прежде чем начать производственный цикл, его надо снабдить сырьевыми компонентами. Залежи глины, как основного сырья для выпуска данного вида продукции, находят с помощью геологической разведки. После находки глиняных пластов, определяют характер их залегания, объемы запасов сырья (мощность, толщину пласта).



Рис.-1.3. Общая технологическая схема производства кирпича: 1 -- карьер глины; 2 -- экскаватор; 3 - запасник глины; 4 -- вагонетка; 5 -- ящичный подаватель; 6 -- добавки; 7 -- бегуны; 8 -вальцы; 9 -ленточный пресс; 10 -- резак; 11 -- укладчик; 12 -- тележка; 13 -- сушильные камеры; 14 -- туннельная печь; 15 -- погрузчик; 16 -- склад.

При принятии решения по разработке найденных запасов сырья, проводят ряд подготовительных мероприятий:

1. За 1-2 года до карьерных разработок, очищают и готовят поверхность над будущим карьером (корчуют и удаляют растения, осуществляется удаление ненужных, «мусорных» пород с поверхности, рыхлят).

2. К карьеру строят пути для транспортной логистики (железнодорожной, автомобильной) для доставки сырья с места его добычи на производство, возводят обеспечивающие месторождение линии электроснабжения.

Валовую или селективную разработку карьеров, обычно открытым способом, могут осуществлять разными методами:

1. Добыча экскаваторами (многоковшовыми).

2. С помощью средств малой механизации (бульдозеров, струг, рыхлителей).

Основные операции, которые необходимо выполнять от добычи сырья и до выпуска готовой номенклатуры производителя:

1. Разведка и добыча основного сырья (глины), сопутствующих материалов, добавок (молотый уголь, песок, известняк, марганцевая руда и другие минеральные компоненты).

2. Подготовка массы из глины.

3. Формовка сырца.

4. Сушка формированных изделий (сырца).

5. Обжиг керамической продукции.

Добытое глинистое сырье, в соответствии с ГОСТ 9169 -- 75 классифицируют, по параметрам:

-огнеупорности;

-содержанию оксида алюминия;

-содержанию красящих оксидов, оксида железа и диоксида титана;

-содержанию водорастворимых солей;

-минеральному составу;

-содержанию тонкодисперсных фракций;

-содержанию крупнозернистых включений;

-пластичности;

-механической прочности на изгиб в сухом состоянии;

-спекаемости;

-содержанию свободного кремнезема.

Процесс подготовки, обработки глиняной массы и ее формование следующее: Глиняное сырье, добытое в карьере, как правило, не подходит в своем первоначальном виде для получения качественных изделий. Сырьевую массу доводят до готовности к использованию в производственном процессе. До готовности массу из глиняного сырья доводят рядом мероприятий по ее обработки. Обработку сырья можно разделить, на:

-погодно - климатическую, естественную;

-механическую.

Именно сочетанием этих видов обработки, сырье и делают пригодным для производства.

1. Естественная обработка - это временное вылеживание добытой карьерной глиняной смеси. По длительности эта процедура может занять один или два года. За это время сырье естественным, а при необходимости и искусственным, путем увлажняется. Проходит несколько циклов заморозки и размораживания, выветривается.

2. Механическая обработка - это рукотворное продолжение обработки сырья. Во время этого этапа выполняются следующие работы:

-принудительное разрушение структуры карьерного сырья;

-удаление крупногабаритных «мусорных» кусковых фрагментов и вредных примесей;

-измельчение самой глины, мелких включений и добавок;

-замес многокомпонентной сырьевой массы, с целью получения однородной смеси, готовой к формованию.

Процесс обжига технологически завершает изготовление керамического кирпича. Он проходит в кольцевых, туннельных и других печах. Сам этап обжига, можно разбить на следующие операции:

· прогрев форматированного сырца;

· непосредственный обжиг изделий;

· их контролируемое охлаждение.

В ходе прогрева сырца, при температуре 120 (градусов С), физически связанная влага испаряется, изделие утрачивает свою первоначальную пластичность. На этом этапе пластичность еще можно вернуть, увлажнив тело изделия.

При достижении 450 - 600 (градусов С), отделяется уже химически связанная влага, сама глина переходит в аморфное состояние, затем органические включения выгорают, и керамическое изделие окончательно теряет пластичность.

Рис.-1.4. Туннельная сушилка: 1 - камера туннеля; 2 -- вагонетки; 3 -- вентиляторы; 4 -- калориферы.

При температуре 800 (градусов С) начинаются необратимые реакции между поверхностями частиц, составляющие многокомпонентную структуру уже затвердевшего изделия. Это значительно повышает прочностные характеристики тела кирпича (Рис.-1.4.).

При достижении 1000 (градусов С) происходит, так называемая огневая усадка изделия. Оно спекается и уплотняется за счет легкоплавких компонентов. Они окутывают нерасплавленные составляющие, скрепляет их между собой. Усадка, от первоначального состояния, может быть в пределах 2 - 8 процентов.

В процессе охлаждения обожженного кирпича, остывающее изделие приобретает свое окончательное твердое состояние, водостойкие и прочностные свойства.

Контролируя, регулируя процесс обжига, и получают, кирпичи с нужной структурой, пористостью, свойствами. Так при температурном режиме в интервалах 1100 - 1300 (градусов С) получают клинкерный кирпич, а при температурах от 1300 до 1800 (градусов С) - огнеупорный.

2. Характеристики структурной схемы процесса

При разработке проекта автоматизации в первую очередь необходимо решить, с каких мест те или иные участки объекта будут управляться, где будут размещаться пункты управления, операторские помещения, какова должна быть взаимосвязь между ними, т.е. необходимо решить вопросы выбора структуры управления Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие/А. С. Клюев и др.-М.: Энергоатомиздат, 1990.-464 с.: ил. .

Под структурой управления понимается совокупность частей автоматизированной системы, на которые она может быть разделена по определенному признаку, а также пути передачи воздействий между ними. Графическое изображение структуры управления называется структурной схемой.

Структурная схема автоматизированной системы процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии, например, на ООО «Milagro elygant» представляет собой последовательность процессов внутри системы (Рис.-2.1.).

Основными составными частями структурной схемы являются:

1 -- многоковшовый экскаватор;

2 -- опрокидная вагонетка;

3 -- электровоз или автосамосвал;

4 -- дробилка;

5 -- грохот;

6 -- питатель;

7 -- глиномешалка;

8 -- смеситель с фильтрующей решеткой;

9 -- ленточный шнековый пресс;

10 -- автомат резки и укладки сырца на сушильные вагонетки;

11 -- сушильная вагонетка;

12, 17 -- электропередаточная тележка;

13, 18 -- толкатели;

14 -- сушило;

15 -- печная вагонетка;

16 -- автомат перегрузки высушенного кирпича на печную вагонетку;

19 -- туннельная печь;

20 -- автомат разгрузки печных вагонеток и пакетировки;

21 -- бегуны мокрого помола;

22 -- камневыделительные вальцы;

23 -- ящичный питатель;

24 -- глинорыхлитель.



Рис. 2.1. Структурная схема производства кирпича.

Производство строительных стеновых кирпичей основаны главным образом на применении технологии пластического формования и полусухого прессования. Последние годы получает распространение технология пластического формования из керамических масс пониженной влажности с использованием отходов углеобогащения.

Традиционная технология пластического формования из глиняной массы влажностью 18 … 24% предполагает наличие следующих основных переделов в кирпичном производстве: приготовления и переработки глиняной массы с добавками (отощающими и выгорающими), формования, резки бруса и укладки сырца на транспортные средства для сушки, обжига и пакетирования готовых изделий (рис. 2.1).

При добыче и переработке глиняной массы применяют многоковшовый экскаватор, глинорыхлитель, ящичный питатель, бегуны, вальцы, смесители. Последовательность установки перечисленных машин зависит от типа изделий, реологических и структурных свойств сырья. Устойчивая работа всей линии обеспечивается применением механизированных шихтозапасников, которые делают работу комплекса оборудования независимой от подачи сырья из карьера и позволяют повысить качество изделий. Для формования изделий применяют шнековые ленточные прессы, а для резки бруса -- однострунные и многострунные резательные автоматы. Тонкостенные высококачественные изделия из глин, нуждающиеся в вакуумной обработке, формуются вакуумными прессами, которые, как правило, компонуют со смесителем. Безвакуумные прессы применяют обычно для формования полнотелых кирпичей.

Оборудование, обеспечивающее укладку сырца на транспортные средства для прохождения сушки и обжига, во многом зависит от типа сушил и обжиговых печей. Наиболее распространенными являются камерные, туннельные и конвейерные сушила. При использовании сушил небольшой производительности сырец укладывают на рейки и рамки, на которых размещается до кирпичей, при большой производительности -- на палеты (с размещением до 120 кирпичей). В зависимости от типа сушил применяют различные типы вагонеток, на которых изделия проходят сушку. Для передачи сушильных вагонеток от сушил к обжиговым печам и возврата порожних вагонеток в исходное положение применяют электропередаточные тележки различных конструктивных исполнений. Конструкция автоматов, обеспечивающих разгрузку сушильных вагонеток и садку высушенных изделий на печные вагонетки, а также форма и количество штабелей на ней зависят от размеров и типа печей. Для перемещения груженых и порожних сушильных и печных вагонеток как вне сушил и печей, так и внутри их используют толкатели, и тележки. Готовые изделия выгружаются из печных вагонеток и пакетируются при помощи автоматов-разгрузчиков и пакетировщиков, которые обеспечивают перевязку транспортного пакета лентами для транспортирования на стройку.

Разновидностью пластического формования стеновых материалов является формование из глиняной массы пониженной влажности (14 … 17%). Оно обеспечивается шнековыми прессами с приводом мощностью, значительно превышающей мощность привода прессов, формующих изделия из глиняной массы нормальной формовочной влажности. Если механическая прочность сырца позволяет, то сырец укладывается на печную вагонетку для совмещения сушки и обжига. Получает распространение ресурсосберегающая технология формования с использованием отходов углеобогащения (степень использования отходов до 100%). В этом случае технологическая линия включает наряду с традиционным набором оборудования специальные машины для переработки отходов углеобогащения и шнековые вакуумные прессы специального исполнения с приводом повышенной мощности.

Различают пластическое формование с глиняным порошком, полученным по технологии полусухого прессования. Порошок перемешивается в смесителе с добавками, увлажняется и подается в шнековый пресс. Анализ работы отечественных и зарубежных комплексов оборудования показывает, что технический уровень и основные конструктивные и технологические особенности оборудования определяются способом укладки сырца на сушильные и печные транспортные средства. Многообразные технологические линии пластического формования, оснащенные различным оборудованием, по способу укладки можно разделить на четыре группы: с реечной (рамочной), палетной, этажерочной, штабельной сушкой.



3. Характеристики функциональной схемы процесса

Как известно, функциональная схема выполняется в виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают:

· технологическое оборудование;

· коммуникации;

· органы управления;

· средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации;

· связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики.

Для технологических процессов с большим объемом автоматизации функциональные схемы могут разрабатываться раздельно по видам технологического контроля и управления. Например, отдельно выполняются схемы автоматического управления, контроля и сигнализации.

Автоматизация контроля является одним из наиболее сложных вопросов комплексной автоматизации технологических процессов. Она осуществляется по двум принципиально различным направлениям: путем автоматизации послеоперационного (пассивного) контроля и технологического (активного) контроля. Второе направление - направленное на активизацию контроля - является наиболее прогрессивным и перспективным направлением, поскольку качество продукции обеспечивается самим технологическим процессом.

При пассивном контроле контрольные устройства фиксируют размеры деталей или сортируют их по размерам, не оказывая воздействия на ход технологического процесса. Примером могут служить контрольно-сортировочные автоматы, которые будут рассмотрены далее в этой теме.

При активном контроле контрольные устройства оказывают воздействие на ход технологического процесса, т.е. активно вмешиваются в технологический процесс. Эти системы относятся к замкнутым системам автоматизации, т.е. к системам с обратной связью.

Функциональные схемы являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники).

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в него запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

Задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса.

В этот период нередко выявляется необходимость изменения технологических схем с целью приспособления их к требованиям автоматизации, установленным на основании технико-экономического анализа.

Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса не только проектировщиками, но и специалистами монтажных, наладочных и эксплуатационных организаций.

При разработке функциональных схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующее:

-получение первичной информации о состоянии технологического процесса и оборудования ;

-непосредственное воздействие на технологический процесс для управления им;

-стабилизация технологических параметров процесса;

-контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния технологического оборудования.

Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности ста билизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности.

Функциональные задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства. Результатом составления функциональных схем являются:

1) выбор методов измерения технологических параметров;

2) выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

3) определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемого автоматически или дистанционно;

4) размещение средств автоматизации иа щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т. п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

Современное развитие всех отраслей промышленности характеризуется большим разнообразием используемых в них технологических процессов.

Практически не ограничены и условия их функционирования и требования по управлению и автоматизации. Однако базируясь на опыте проектирования систем управления и автоматизации, можно сформулировать некоторые общие принципы, которыми следует руководствоваться при разработке функциональных схем автоматизации:

1. Уровень автоматизации технологического процесса в каждый период времени должен определяться не только целесообразностью внедрения определенного комплекса технических средств и достигнутым уровнем научно-технических разработок, но и перспективой модернизации и развития технологических процессов. Должна сохраняться возможность наращивания функций управления;

2. При разработке функциональных и других видов схем автоматизации и выборе технических средств должны учитываться: вид и характер технологического процесса, условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность окружающей среды и т. д.; параметры и физико-химические свойства измеряемой среды; расстояние от мест установки датчиков, вспомогательных устройств, исполнительных механизмов, приводов машин и запорных органов до пунктов управления и контроля; требуемая точность и быстродействие средств автоматизации;

3. Система автоматизации технологических процессов должна строиться, как правило, на базе серийно выпускаемых средств автоматизации и вычислительной техники. Необходимо стремиться к применению однотипных средств автоматизации и предпочтительно унифицированных систем, характеризуемых простотой сочетания, взаимозаменяемостью и удобством компоновки на щитах управления. Использование однотипной аппаратуры дает значительные преимущества при монтаже, наладке, эксплуатации, обеспечении запасными частями и т. п.

4. В качестве локальных средств сбора и накопления первичной информации (автоматических датчиков), вторичных приборов, регулирующих и исполнительных устройств следует использовать преимущественно приборы и средства автоматизации Государственной системы промышленных приборов (ГСП);

5. В случаях, когда функциональные схемы автоматизации не могут быть построены на базе только серийной аппаратуры, в процессе проектирования выдаются соответствующие технические задания на разработку новых средств автоматизации;

6. Выбор средств автоматизации, использующих вспомогательную энергию (электрическую, пневматическую и гидравлическую), определяется условиями пожаро- и взрывоопасности автоматизируемого объекта, агрессивности окружающей среды, требованиями к быстродействию, дальности передачи сигналов информации и управления и т. д.;

7. Количество приборов, аппаратуры управления и сигнализации, устанавливаемой на оперативных щитах и пультах, должно быть ограничено. Избыток аппаратуры усложняет эксплуатацию, отвлекает внимание обслуживающего персонала от наблюдения за основными приборами, определяющими ход технологического процесса, увеличивает стоимость установки и сроки монтажных и наладочных работ. Приборы и средства автоматизации вспомогательного назначения целесообразнее размещать на отдельных щитах, располагаемых в производственных помещениях вблизи технологического оборудования.

Перечисленные принципы являются общими, но не исчерпывающими для всех слу чаев, которые могут встретиться в практике проектирования систем автоматизации технологических процессов. Однако для каждого конкретного случая их следует иметь в виду при реализации технического задания на автоматизацию проектируемого объекта.



4.Характеристики принципиальной схемы процесса

В данном разделе мы постараемся описать основные характеристики принципиальной схемы автоматизированной системы процесса производства на поточно - транспортных предприятиях строительной индустрии (Рис.4.1. и Рис.-4.2.)

Тестообразная масса разминается в смесительной камере пресса 1 лопастным винтом 2 и продавливается через перфорированную перегородку 3 в вакуум-камеру 4, где под действием разряжения из нее удаляется воздух. Вакуумированную массу подхватывает шнековый вал 5, уплотняет ее и перемещает в прессующую головку 6 с мундштуком 7, откуда масса выходит виде непрерывного бруса 8, заданного мундштуком сечения.

Чем выше пластичность глиняных масс, тем выше должна быть величина вакуума и дольше пребывание массы в вакуумной камере. Прочность высушенного сырца из вакуумированной массы в 1,6 раза выше, чем из невакуумированной. Плотность обожженных изделий увеличивается на 3-5%, водопоглощение снижается на 10-15%, а прочность повышается в 1,5-2 раза.

Рис.-4.1. Принципиальная схема ленточного вакуум-пресса

Ряд зарубежных фирм наряду с комплексами оборудования для производства керамических стеновых материалов на базе традиционного оборудования создают комплексы оборудования для принципиально новых технологических линий. Основной принципиальной особенностью новых комплексов оборудования является применение принципа совмещения сушки и обжига изделий при однорядной укладке их на печную вагонетку с применением печи-сушила в виде вертикально-замкнутого конвейера. Одним из примеров такого комплекса оборудования может служить комплекс фирмы «Фукс» (Австрия) (Рис.- 4.2.). Карьерное сырье выдерживается в большом крытом глинозапаснике до двух месяцев, что позволяет лучше регулировать влажность глиномассы, которая зависит от погодных условий. Обработка глины в подготовительном отделении осуществляется традиционным набором оборудования (бегуны, вальцы тонкого помола и др.).

Шнековый вакуум-пресс установлен на регулируемой по высоте раме, что устраняет перестановку машин по высоте при переходе на формование другого изделия. Выходящий из пресса брус разрезается на мерные брусья и ускоряющим конвейером подается к резательному станку. Брус разрезается сверху вниз с помощью ножей, срок службы которых (4--5 месяцев) выше срока службы струны.



Рис. 4.2. Принципиальная схема комплекса оборудования фирмы «Фукс» (Австрия):

1 -- добыча глины из карьера; 2 -- ящичный питатель; 3 - бегуны; 4 -- вальцы; 5 -- глинорастиратель; 6 -- вакуум-пресс; 7 -- резательный а ТО мат; 8 -- автомат - у кладчик на печную вагонетку; 9 -- печная вагонетка; 10 - печной канал печи-сушила; 11 -- сушильный канал печи-сушила; 12 -- автомат-пакетировщик; 13 -- плотный пакет, перевязанный лентой; 14 -- автопогрузчик

Нарезанные и раздвинутые кирпичи садочным механизмом переставляются ряд за рядом непосредственно на под печной вагонетки, которая перемещается под садочным конвейером под прямым углом. Полностью загруженные вагонетки цепными конвейерами загружаются на буферный склад, откуда они через определенные интервалы автоматически подаются к тепловому агрегату -- печи-сушилу. Печь-сушило выполнена в виде вертикально-замкнутого конвейера. Нижний канал является сушилом, а верхний -- печью. В конце сушильного канала имеется подъемная платформа, которая поднимает груженую вагонетку на уровень печного канала, по которому она проталкивается в процессе обжига.

По окончании обжига вагонетки опускаются вниз и подаются на участок разгрузки, где установлен автомат разгрузки и пакетировки. Изделия из печной вагонетки разгружаются рядами. При этом снимаемые обожженные изделия группируются, уплотняются и укладываются на поддоны в транспортные штабели, которые после обвязки стальной лентой транспортируются на склад автопогрузчиком с вильчатым захватом. Благодаря наличию автоматических контрольных устройств и однорядному расположению изделий на печной вагонетке срок сушки и обжига составляет 13,5 ч, а производительность за смену -- 75 тыс. шт. усл. Кирпича.

Принцип однорядной укладки изделий на печную вагонетку при совмещении сушки и обжига создает предпосылки для существенного упрощения и сокращения оборудования для укладки изделий на вагонетку, разгрузки и пакетирования. При этом простота оборудования обеспечивает большую безопасность труда, чем при применении традиционного оборудования для технологии раздельной сушки и обжига. Для обслуживания описанной линии требуется один рабочий в смену.

Подобная установка создана фирмой «Униморандо» (Италия) для завода производительностью 30 млн. шт. кирп/год. На участке подготовки глино-массы и формовки применяется силос для промежуточного хранения глины в течение 14 дней, а также ящичный питатель, дезинтегратор, дырчатые вальцы, вальцы тонкого помола, глиномешалка с фильтрующей решеткой, шнековый вакуум-пресс.

Принципиально новым решением в технологической линии является применение сушильно-обжигового агрегата, выполненного в виде вертикально-замкнутого конвейера при однорядной укладке изделий на печную вагонетку. Теплота, необходимая для сушки, поступает от печи, имеющей боковые горелки. Термодинамический режим сушки и обжига выдерживается автоматически с помощью микропроцессора.

Загруженная сырцом вагонетка электропередаточной тележкой заталкивается в нижний канал печи-сушила, на выходе из которого установлен. Подъемник. Вагонетка, прошедшая сушку, подъемником и толкателем вводится в обжиговый (верхний) канал, на выходе из которого установлен снижатель. Вагонетка с помощью снижателя и электропередаточной тележки подается на склад большой вместимости, где установлен автомат для разгрузки и пакетирования. Разгрузочный захват снимает с вагонетки по два ряда изделий, укладывает их на конвейер, группирует и формирует на деревянных поддонах по четыре плотных транспортных пакета размером 1000X500X960 мм. Пакеты обматываются термоусадочной пленкой и подаются в тепловой агрегат, работающий на газе. Пакеты вильчатым погрузчиком перевозятся на склад или их загружают на автомашины, а также в железнодорожные вагоны.

Движения вагонеток вне и внутри печи-сушила выполняются в автоматическом режиме с помощью микропроцессора.

На заводе с годовой производительностью 30 млн. шт. кирпича устанавливаются два сушильно-обжиговых агрегата длиной 123,6 м, Размер пода вагонеток 4600X2800 мм. Высота вагонетки над рельсом 0,65 м. Число вагонеток в сушиле составляет 44 шт. Расход топлива не превышает расхода топлива на заводах с традиционной технологией. Численность персонала составляет 11 человек.

Благодаря конвейеризации технологического процесса численность обслуживающего персонала на этой линии меньше, чем на других комплексах оборудования.

На многих заводах эксплуатируются ряд зарубежных комплексов оборудования для производства керамических стеновых материалов, например комплекс оборудования болгарского производства производительностью 60 млн. шт. кирп/год, а также комплекс оборудования чехословацкого производства для завода мощностью 30 млн. шт. усл. Кирп/год, основанный на применении реечной технологии сушки.

На ряде заводов эксплуатируется оборудование комплекса СМК-172. Оборудование комплекса СМК-316 (СМК-172 без глиноперерабатывающего оборудования) применено при реконструкции заводов с туннельными сушилками.

5.Характеристики структуры управления автоматизированной системы процесса, щиты и пульты управления

Системы управления комплексами оборудования для производства строительных кирпичей базировались в основном на релейно-контактной технике, что не обеспечивало высокой надежности эксплуатации как комплекса в целом, так и отдельных машин.

В последние годы зарубежное машиностроение широко применяет электронную и микропроцессорную технику.

Опыт использования современной бесконтактной техники (элементы «Логика-Т» и «Логика-И») подтвердили их высокую эффективность. Дальнейшим развитием подобных систем управления является использование в них микропроцессорных технических средств.

Надежность и удобство в эксплуатации систем управления предполагает возможность быстрого обнаружения и устранения отказов, а также их сокращение. Практически такие же условия эксплуатации могут быть обеспечены лишь при использовании бесконтактной аппаратуры на базе микроэлектроники, а в отдельных случаях только путем применения микропроцессорной техники.

К достоинствам новой системы управления следует отнести следующие:

· создание условий для существенного повышения надежности системы управления комплексами оборудования, которые, как правило, эксплуатируются в условиях повышенной запыленности;

· возможность по сравнению с электронными системами аппаратной логики многократно увеличить число выполняемых логических операций без существенного увеличения стоимости аппаратуры;

· повышение надежности работы оборудования, входящего в состав комплекса, благодаря обеспечению быстрой диагностики отказов; универсальность систем, которая обеспечивается сравнительной простотой корректировки и замены рабочих программ;

· высокая ремонтоспособность благодаря наличию системы диагностики и модульной структуры;

· создание условий для непрерывного контроля состояния всех многочисленных механизмов, датчиков, приводов;

· реализация большого числа счетных логических и программных функций.

В целом автоматизированная система управляется с помощью щитов и пультов управления. Ниже мы опишем щит управления технологического процесса производства кирпича.

Щиты и пульты систем автоматизации предназначены для размещения на них средств контроля и управления технологическим процессом, контрольно-измерительных приборов, сигнальных устройств, аппаратуры управления, автоматического регулирования, защиты, блокировки, линии связи между ними (трубная и электрическая коммутация) и т. п.

Щиты и пульты устанавливаются в производственных и специальных щитовых помещениях: операторских, диспетчерских, аппаратных и т. п.

Если на щите или пульте будут установлены приборы или аппаратура, рассчитанная на работу в меньшем диапазоне изменения температур или при меньшей влажности, то требования к температуре окружающей среды в месте установки щита или пульта должны определяться техническими условиями на эксплуатацию этих приборов или аппаратуры.

Рис.5.1. Конструктивная структурная схема основных элементов щитов и пультов

Каркас -- жесткий, несущий, объемный или плоский металлический остов предназначенный для установки на нем панелей, стенок, дверей, крышек, поворотных или стационарных рам, унифицированных монтажных конструкций и монтажа приборов, аппаратов, арматуры, установочных изделий, электрической и трубной проводок(Рис.-5.1.).

Шкаф -- объемный каркас на опорной раме с установленными на нем панелью, стенками, дверьми, крышкой.

Панель с каркасом -- объемный каркас на опорной раме с установленной на нем панелью.

Стойка -- объемный или плоский каркас на опорной раме.

Корпус пульта -- объемный каркас с установленными наклонной столешницей, стенками, дверьми.

Щит шкафной -- шкаф с установленными (на унифицированных монтажных конструкциях, поворотной или стационарной раме) аппаратурой, арматурой, установочными изделиями и с электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Рис. 5.2. Пример размещения приборов и аппаратуры на фасадных панелях щитов: I -- табло световое; 2 и 4 -- приборы показывающие; 3 -- прибор самопишущий; 5 --кнопка; б -- переключатель; 7 --арматура сигнальная; 8 -- рамка для надписи.

Щит панельный с каркасом -- панель с каркасом с установленными на унифицированных монтажных конструкциях, поворотной или стационарной раме аппаратурой, установочными изделиями и с электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

С т а т и в -- стойка с объемным каркасом с установленными на унифицированных монтажных конструкциях аппаратурой, установочными изделиями и электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Стати в плоский -- стойка с плоским каркасом с установленными на унифицированных монтажных конструкциях аппаратурой, арматурой, установочными изделиями и электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

П у л ь т -- корпус с установленными на унифицированных монтажных конструкциях аппаратурой, арматурой, установочными изделиями и электрической и трубной проводками, подготовленными к подключению внешних цепей и приборов, устанавливаемых на объекте.

Панель вспомогательная и панель вспомогательная с дверью -- панели, предназначенные для оформления многопанельных каркасных щитов.

Панель декоративная -- панель, предназначенная для декоративного оформления верхней части панельных щитов с каркасом, а также для монтажа элементов мнемосхемы.

Вставка угловая -- элемент, предназначенный для соединения двух смежных щитов или пультов, устанавливаемых под углом друг к другу.

Каркас является конструктивной основой для изготовления шкафов, панелей с каркасом, стоек и корпусов щитов. Каркасы для изготовления шкафов, панелей с каркасом и стоек одних и тех же размеров одинаковы.

6.Описание спецификации средств автоматизации процесса

При описании спецификации средств автоматизации процесса производства на поточно-транспортных предприятиях строительной индустрии мы использовали описательный метод, хотя часто используется табличный метод представления технических средств автоматизации.

Классификация элементов автоматизации поточно-транспортного производства.

Компоненты автоматизации можно условно разделить на четыре класса:

- датчики;

- анализаторы;

- исполнительные механизмы;

- приводы.

Датчики собирают информацию о состоянии всей конвейерной линии и передает оператору. Анализаторы регистрируют и оценивают информацию, воспринятую датчиком. После этого устанавливается очерёдность действия, которую реализуют ис-полнительные устройства. Примером действия исполнительного механизма может служить толкатель. Приводы, как и исполнительные механизмы, воздействуют на процессы в соответствии с командами от анализаторов. Различие между приводами и исполнительными механизмами заключается в том, что исполнительные механизмы используются для выполнения законченных дискретных коротко ходовых движений (региональное перемещение относительно рабочей зоны оборудования) обычно линейных. Приводы реализуют более продолжительные движения, по большей части вращательные. Исполнительные механизмы могут включать и выключать приводы (золотник и гидроцилиндр).

Рассмотрим некоторые типы датчиков. Ручные выключатели. Это самый известный датчик. Посредством ручного выключателя автоматизированная система связана с оператором, который включает или отключает её в нужный момент, чтобы отрегулировать автоматический цикл. Большинство ручных выключателей имеют два состояния: «вкл» и «откл», но могут иметь и одно состояние. Такие ручные выключатели снабжены пружиной, возвращающей их в это состояние - кнопка. Ручные выключатели бывают:

- однополюсные одноходовые;

- однополюсные для двух цепей;

- двухполюсные для одной цепи;

- двухполюсные для двух цепей;

- поворотные;

- кнопочные.

Концевые выключатели (КВ). Концевые выключатели как и ручные срабатывают от механического воздействия, но не оператора - наладчика, а механизмов автоматизированной системы. Моделей и видов концевых выключателей существует очень много, это связано с тем, что их конструкции должны по размерам, хода рычага, силе воздействия, и жёсткости точно соответствовать требованиям конкретного процесса. Они приводятся в действие рычагами, штифтами, кнопками, плунжерами, роликами, пружинами и т. П. В роботизированных системах концевые выключатели применяются как на самих роботах, так и в периферийном оборудовании. Они могут ограничивать перемещение руки робота по любой из оси координат.

Бесконтактные выключатели. Бесконтактные выключатели не требуют физического контакта с объектом или светового излучения от объекта. Существует целый ряд физических явлений, на основе которых работают выключатели, реагирующие на новые объекты - как металлические так и не металлические. В одном из типов бесконтактных выключателей (объёмные датчики) имеется специальная антенна, работающая в диапазоне радиочастот. Антенна принимает сигнал, передаваемый другой системой, а помещение любого объекта в создаваемое поле вызывает помехи приёма. Эти помехи улавливаются антенной датчика и при достижении ими определённого уровня выключатель срабатывает.

...