Автоматизована система керування вулканізаційного гідравлічного пресу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Курсовий проект: аркушів - 18; таблиць 2; аркушів графічної частини - 1; додаток -1.

Ключові слова: вулканізація, вулканізаційний прес, технологічні параметри, керуючі функції, автоматизована система керування (АСК), датчик, регулюючий орган, стандартний струмовий сигнал, нормуючий перетворювач, виконавчий пристрій, функціональна схема.

Завдання - АСК вулканізаційного гідравлічного пресу з електрообігрівом.

Розробити функціональну схему автоматичного керування роботою вулканізаційного гідравлічного пресу з електрообігріовом виконану у відповідності до ГОСТ 21 404-85.

Вступ

Автоматизація виробництва - це процес оснащення виробництва машинами, устаткуванням, приладами і автоматичними пристроями, за допомогою яких забезпечується виконання комплексу робіт чи окремих операцій без безпосередньої участі людини або коли за останнім залишаються функції спостереження, контролю, налагодження та (або) ремонту.

Мета автоматизації виробництва - скорочення трудових витрат, поліпшення умов виробництва, підвищення обсягу випуску і якості продукції.

Автоматизація виробництва у всіх випадках вимагає значних витрат на створення або придбання, утримання і використання автоматичних і автоматизованих засобів, тому необхідність її впровадження має бути соціально та економічно обґрунтована.

Її переваги виражаються насамперед у скороченні виробничого циклу і різкому підвищенні продуктивності праці, прискорення оборотності оборотних засобів, зниження собівартості продукції, підвищення її якості, поліпшення інших соціально-економічних показників.

Автоматизація систем керування роботою вулканізаційного гідравлічного пресу з електрообігрівом призведе до покращення основних показників: ефективності виробництва, покращення якості і зниження собівартості продукції, що випускається, підвищення продуктивності праці.

1. Аналіз об'єкта керування

1.1 Фізико-хімічні особливості процесу

Вулканізація є завершальним технологічним процесом у виробництві гумових виробів. В результаті вулканізації відбувається перетворення каучуку (або його сумішей з іншими компонентами) в гуму - матеріал з цінними властивостями, не властивими іншим матеріалам (здатність до великого подовження, стійкість до багаторазових деформацій, амортизаційні властивості та ін).

Машини та апарати, які призначені для реалізації процесу вулканізації, об'єднуються під загальною назвою - вулканізаційне обладнання. У промисловості поширена так звана гаряча вулканізація (вулканізація каучуку сіркою). Вона досягається нагріванням вулканізованого виробу або в металевій формі, або в казані парової, повітряної або пароповітряною середовищі при температурі близько 140-170 °С. Для нагрівання виробів при вулканізації в більшості випадків використовується теплота конденсації насиченої пари. Інші теплоносії, такі як перегріта вода, гаряче повітря, пароповітряна суміш, електроенергія, застосовуються рідше, а якщо і застосовуються, то в основному там, де нагрівання парою не дає повного комплексу властивостей вулканізованого вироби (зовнішній вигляд та інші якості).

Комплексна автоматизація процесів передбачає не тільки автоматичне забезпечення звичного протікання цих процесів з використанням різних автоматичних процесів контролю, регулювання та сигналізації (з можливим блокуванням), але й автоматичне керування пуском та зупинкою апаратів для проведення ремонтних робіт та у випадку виникнення аварійних ситуацій.

1.2 Короткий опис роботи вулканізаційного гідравлічного пресу

Для вулканізації гумових виробів в металевих пресформах застосовують в основному вулканізаційні преси з гідравлічним приводом. Пресформи розташовуються між сталевими плитами, що обігріваються в кілька поверхів, з цієї причини такі преси називають поверховими..

По конструкції розрізняють преси колонні і рамні. В залежності від кількості плит, що обігріваються преси бувають одне-, двох-, чотирьох-, п'яти і шестиповерхові. Преси цього типу мають максимальну пресове зусилля 1 МН, плити розміром в плані 250X600 мм і товщиною 36 мм.

Робочий циліндр преса відлитий із сталі як єдине ціле зі станиною. На чотирьох колонах преса змонтована верхня поперечина. Всередині циліндра розміщено плунжер, на якому змонтований рухомий стіл з розташованої на ньому нагрівальної плитою. Такі ж плити розміщені між колонами, столом і верхньою поперечиною. Положення плит по висоті визначається положенням спеціальних упорів. Кожна плита може переміщатися.

Пресформи з гумовими заготовками розміщуються між плитами, в гідравлічний циліндр подається робоча рідина, плунжер зі столом починає рухатися вгору. При цьому відбувається формування виробів і щільне замикання форм між плитами. Теплота від плит надходить до прессформам і виробів за рахунок теплопровідності. Холостий хід вперед до початку пресування проводиться за допомогою гідравліки тиском до 5 МПа, а зусилля пресування при тиску до 20 МПа.

Процес вулканізації відбувається, у відповідності з технологічною картою на даний виріб, з дотриманням техніки безпеки при роботі на пресі, під тиском до 2,5 МН при температурі 190 °C і загальною тривалістю 7 хв.

Привід пресів старих конструкцій здійснюється, як правило, від насосно-акумуляторних станцій. В якості робочої рідини здебільшого застосовується мастило. Управління роботою гідроприводу преса проводиться за допомогою спеціальних розподільних дистриб'юторів.

Для досягнення температур порядку 200 °С доцільно використовувати електрообігрів. Нагрівальні плити з електрообігрівом мають ряд паралельно сверленых каналів, в які закладені електронагрівальні елементи. Застосування електрики для обігріву плит забезпечує більш легке досягнення високих температур, спрощує експлуатацію преса, підвищує культуру виробництва.

Для ущільнення зазору між плунжером і циліндром в гідроприводі пресів застосовуються спеціальні манжети зі шкіри, гуми, гумовотканинних і полімерних матеріалів. Поширені системи ущільнення з розрізними і нерозрізними манжетами. В системі першого типу манжети перед монтажем розрізаються, потім закладаються у кільцеву виточку циліндра набором кілька штук так, щоб розріз однієї манжети не збігався з розрізом іншого. Манжети потім підтискаються з допомогою грунд - букси. Цей вид ущільнення найбільш поширений через надійності роботи.

1.3 Норми технологічного режиму

У даному курсовому проекті об`єктом автоматизації є чотириповерховий вулканізаційний гідравлічний прес 250-600 Є4, який використовується для вулканізації гумових виробів у пресформах. У пресі з елетрообігрівом використовуеться індивідуальна маслонапорна установка.

Процес формування і вулканізації виробів на пресах полягає у наступному, після закладки форм з заготовками гумової суміші на плити преса з електрообігрівом, спочатку циклу (після перезарядки всіх форм) натискають на кнопковий вимикач, при цьому включається (через магнітний пускач) двигун маслонасоса. Масло через дросель, що знижує швидкість переміщення плит, починає надходити в малий гидроцилнндр, всередині якого знаходиться малий плунжер. Цей гідроциліндр знаходиться всередині головного гідравлічного циліндра і слугує для прискорення змикання плит і запобігання сильного удару при остаточному їх змиканні. При повному змиканні плит тиск в напірній лінії (після маслонасоса) починає зростати і відбувається автоматичне перемикання маслонасоса на подачу масла в головний гідравлічний циліндр. При цьому забезпечується остаточне формування виробів. У момент досягнення в головному гідроциліндрі тиску підпрессовки електроконтактний манометр вмикає реле часу підпресовки і забезпечує, впливом на електромагніт, з'єднання гідроциліндрів з лінією зливу (з маслобаком). Стіл вулканізаціонного преса при цьому опускається, а плити размикаються.

Після закінчення встановленого часу реле забезпечує перемикання насосу на подачу масла у гідравлічні циліндри, і плити преса знову змикаються. При досягненні тиску пресування електроконтактний манометр вмикає командний прилад, який в кінці циклу шляхом впливу на електромагніт з'єднає гндроциліндри з маслобаком - плити пресу розімкнуться на послідуючу його перезарядку.

Температура плит регулюється вмиканням і вимиканням електронагрівачів з застосуванням машини автоматичної реєстрації регулювання н сигналізації (МЦКР).

Вулканізувальний цех за вибухо-пожеженебезпекою відноситься до категорії «В» згідно з НАПБ .Б. 07.00586.

Для забезпечення високої якості вулканізації виробів та для забезпечення оптимального режиму роботи обладнання необхідно чітко дотримуватися норм технологічного режиму процесу вулканізації. Номінальні значення технологічних параметрів процесу приведені у таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 Номінальні значення технологічних параметрів

2. Розробка АСКТП

2.1 Аналіз технологічних параметрів автоматичного контролю, регулювання, сигналізації та блокування

автоматизація вулканізація гумовий

АСКТП призначена для автоматизованого керування роботую вулканізаційного пресу.

Мета розробки - створення системи, побудованої на сучасних технічних засобах, що дозволяють усунути недоліки діючої системи керування, знизити собівартість продукції, знизити рівень ручної праці, домогтися показників відповідно до вимог технологічного регламенту.

Сутність процесу вулканізації у пресах полягає у нагріванні гумової суміші під тиском у певному проміжку часу. Крім того цикл роботи вулканізаційного пресу доповнюється операціями (перевантаження, підняття та опускання плит та інші), що мають певну тривалість та послідовність.

Тому основним технологічним параметром, що впливають на роботу вулканізаційного пресу є температура плит пресу. Загальною причиною браку в процесі вулканізації є порушення температурного режиму.

Для розрахунків матеріального балансу та документування технологічного процесу необхідно реєструвати кількість матеріальних потоків охолоджуючої води, що надходить у вулканізаційний прес та мастила, що подається до маслостанції.

Процес вулканізації дискретний, окремі технологічні операції повинні чергуватися у визначеній послідовності з заданою тривалістю. Тому система керування, що розробляється, повинна забезпечити реалізацію ряду інформаційних функцій:

контроль стану технологічного устаткування і вимірювання окремих технологічних параметрів, температури плит;

документування інформації з ходу технологічного процесу, реєстрація технологічних параметрів;

попереджувальна сигналізація відхилень температури у плитах пресу;

аварійна сигналізація перевищення температури плит пресу;

обмін інформацією з керуючою АСКТП.

Керуючі функції:

стабілізація температури плит пресу;

керування подачею матеріальних потоків у заданій послідовності;

блокування роботи пресу при відхиленні від заданого температурного режиму;

ручне, дистанційне керування;

логічне керування послідовністю і тривалістю операцій.

Інформаційні задачі повинні функціонувати в автоматичному режимі, задачі керування - в двох режимах, автоматичному та дистанційному.

Забезпечення оптимальної роботи обладнання, а також для зменшення витрати електроенергії при роботі основного технологічного обладнання, забезпечується дотриманням норм ведення технологічного режиму. Інформаційні задачі повинні функціонувати в автоматичному режимі; задачі керування в двох режимах: автоматичному та дистанційно ручному

Для правильного ведення технологічного процесу вулканізації діафрагм необхідно дотримуватися параметрів, що приведені у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 Параметри автоматичного контролю, регулювання, сигналізації та блокування

2.2 Вибір та обґрунтування технічних засобів

Вибір того чи іншого методу вимірювання зумовлено такими факторами:

діапазон вимірювання технологічного параметру;

чутливість вимірювання;

лінійність градуювання шкали;

похибка вимірювання.

Необхідно обрати найбільш ефективний метод вимірювання, що покладений в основу побудови Державної системи приладів (ДСП).

Управління процесом вулканізації діафрагм здійснюється мікропроцесорним контролером SIMATIC S7-300, що призначений для побудови систем керування з високими вимогами до надійності функціонування.

Структурна схема каналів складається з:

каналів мікропроцесорного контролера SIMATIC S7-300;

каналів обміну даними по шині PROFIBUS DP між контролером і операторськими станціями;

каналів операторського інтерфейсу (робочого місця оператора-технолога).

Після незалежного перетворення і обробки за ідентичними алгоритмами в контролері SIMATIC S7-300 вхідні аналогові сигнали циклічно передаються по шині PROFIBUS DP в операторську станцію.

Підсистема керування на базі мікропроцесорного контролера SIMATIC S7-300 представлена функціональними модулями FM 355 і ПІД - регуляторами; підсистема контролю, сигналізації та логічного керування - модулями аналогових входів SM311.

В якості пристрою зв'язку з оператором використовується панель оператора SIMATIC MP 270B.

Для зв'язку контролера зі станцією оператора з боку SIMATIC S7-300 використовують інтерфейс PROFIBUS DP S7-300, що працює у відповідності з протоколом PROFIBUS EN 501070. Швидкість передачі інформації -1,5 Мбіт/с.

Для сигналізації оператору про місце виникнення порушення на технологічній клавіатурі передбачено світлодіодне підсвічування об'єкта, в якому виникло порушення.

Передача команд оператора -технолога відбувається за допомогою технологічної клавіатури, яка допускає набір і передачу в ПОЄМ наступних команд:

вибір об'єкта;

вибір функції;

зміна режиму регулятору;

зміна режиму контуру керування;

зміна виходу.

Нижній рівень АСКТП представлений датчиками з уніфікованим вихідним сигналом та виконавчими пристроями з пневмоприводом. Перевага при виборі датчиків надавалась тим первинним вимірювальним перетворювачам, що мають вихідний струмовий сигнал 4-20 мА, оскільки це дає змогу не використовувати всілякі проміжні перетворювачі з метою узгодження вихідного сигналу датчику з вхідним сигналом МПК.

Процес вулканізації здійснюється при температурі 190 ± 3°С. Припустиме відносне відхилення складе

%=100 % = 1,57 %

Прилад для вимірювання цієї температури повинен мати похибку у 1-2 разів менше, ніж припустиме відносне відхилення.

Таку точність вимірювання можливо досягти шляхом застосування термоелектричного методу вимірювання. Для цієї мети варто використовувати термоелектричний перетворювач опору типу ТСМ, що має похибку вимірювання не більше 0,5%. Також при виборі методу вимірювання необхідно врахувати той факт, що робота датчику при граничних температурах може привести до передчасного зносу термоелектричного перетворювача. Тому, найбільш доцільно застосовувати термоелектричний перетворювач типу ТСМ, для якого температура 90°С знаходиться в середній частині діапазону вимірювання. Градуювальна характеристика даного термоелектричного перетворювача в діапазоні температур +10 …+250 °С лінійна.

Оскільки термоелектричний метод вимірювання можна використовувати для вимірювання температури газоподібних, рідких та сипких речовин, то у якості датчика для контролю температури охолоджуючої води обрано термоелектричний перетворювач опору мідний типу ТСП/1-1088, що має вихідний сигнал 4-20 мА.

Так як у процесі необхідно вимірювати витрати охолоджуючої води та мастила, в якості чутливого елемента можливо вибрати діафрагму камерну типу ДК-6. Враховуючи, що SIMATIC S7-300 сприймає уніфікований струмовий сигнал, вибираємо в комплекті дифманометр типу “ Сапфір 22 ДА-Вн ”.

Для визначення положення змикання плит пресу обираемо кінцевий вимикач серії 496, призначений для вказання положення по ходу плунжера регулюючої апаратури.

Для вимірювання температури плит пресу пропонується використовувати термоелектричний перетворювач хромель-копелевий, ТХК 0179, межа вимірювання +30 до +350 0 С.

Для вимірювання рівня мастила на масло станції передбачено використання рівнемивірювач акустичний “ЕХО - 3-В”. Межа вимірювання 0-6 м. Класс точності 1,5. Вихідний сигнал 0-5 мА. Напруга живлення 220 В,

Тиск подачі мастила пропонується вимірювати за допомогою датчика тиску типу “Метран-55-ДІ-516”.

Комутація електричних кіл керування здійснюватиметься зо допомогою пускачів типу ПБР-3А для електричного технологічного обладнання. Для пе-реходу з автоматичного режиму роботи на ручний та у зворотному напрямку у цьому випадку використовується блок ручного дистанційного керування типу БРУ-22.

Обрані прилади та засоби автоматизації занесені до замовної специфікації, що наведена у додатку.

3. Опис прийнятої схеми АСК

Функціональна схема роботи гідравлічного вулканізаційного преса наведена на креслені графічної частини.

На кресленні функціональної схеми умовними позначками (відповідно до ГОСТ 21 404-85), показано технологічне обладнання, комунікації, засоби автоматизації.

Функціональна схема є технічним документом, який визначає функціонально блнкуу структуру систем регулювання.

Основною задачею, що вирішується при розробці функціональної схеми контролю та керування є отримання достовірної інформації про стан технологічного процесу і обладнання, а також підтримка необхідних технологічних параметрів на заданому рівні.

Контури контролю і керування процесом побудовані в порядку обумовленому ходом технологічного процесу. Система керування працює за принципом - пуск здійснюється натисканням кнопки на пульті керування.

Після закладки форм з заготовками гумової суміші на плити преса з електрообігрівом, натискають на кнопковий вимикач на панелі оператора SIMATIC S7-300 при цьому включається (через магнітний пускач) двигун маслонасоса. .Логічне керування роботою якого виконується за допомогою блоку ручного керування БРУ-22 (поз.6-1) та безконтактного пускача типу ПБР - 3А (поз.6-2). Масло через дросель, що знижує швидкість переміщення плит, починає надходити в головний гидроцилнндр, всередині якого знаходиться малий плунжер, витрата мастила та охолоджуючої води фіксується за допомого діафрагми камерної типу ДК-6 (поз.8-1, 9-1), що працює в комплекті з дифманометром типу “ Сапфір 22 ДА-Вн ” (поз.8-2, 9-2). Змикання плит пресу сигналізується лампою HL1.

Рівень мастила в маслостанції вимірюється за допомогою рівнемивірювача акустичного “ЕХО - 3-В” (поз.7-1). Тиск подачі мастила вимірюється за допомогою датчика тиску типу “Метран-55-ДІ-516” (поз.4-1), що працює у комплекті із вимірювальним перетворювачем типу “ Сапфір 22 ДА-Вн ” (поз. 4-2). При повному змиканні плит, що контролюється датчиком положення типу 496 (поз.5-1) тиск в напірній лінії (після маслонасоса) починає зростати і відбувається автоматичне перемикання маслонасоса на подачу мастила в головний гідравлічний циліндр. При цьому забезпечується остаточне формування виробів. температура плит пресу контролюється за допомогою термоелектричного перетворювача хромель-копелевого, ТХК 0179 (поз.11-1..15-1). Для попередження перегріву плит пресу передбачено циркуляцію охолоджуючої води, температура якої вимірюється за допомогою термоелектричного перетворювача хромель-копелевого, ТХК 0179 (поз.16-1). У момент досягнення в головному гідроциліндрі тиску підпрессовки електроконтактний манометр вмикає реле часу підпресовки і забезпечує, впливом на електромагніт, з'єднання гідроциліндрів з лінією зливу (з маслобаком). Стіл вулканізаціонного преса при цьому опускається, а плити размикаються.

В кінці циклу командний прилад забезпечує злив мастила з циліндра, і плити з формами опускаються.

Логічне керування роботою двигунів виконується за допомогою блоку ручного керування БРУ-22 (поз.1-1, 2-1, 3-1, 10-1) та безконтактного пускача типу ПБР - 3А (поз.1-2, 2-2, 3-2, 10-2).

Список літератури

1. Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию и применению автоматизированных систем управления в отраслях промышленности /ОРМ-3 АСУТП/.

2. Шувалов В.В., Огаджанов Г.А., Голубятников В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М.: Химия, 1991. - 480с.

3. Кошелев Ф. Ф. Общая технология резины / Ф.Ф. Кошелев, А.Е. Корнев, А.М. Буканов. - М.: Химия, 1978 - 528 с.

4. Бекин Н. Г. Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности / Н.Г. Бекин, Н.Д. Захаров, Г.К. Пеунков и др. - Л.: Химия, 1985. - 504 с.

5. Автоматическое управление в химической промышленности. Учебник под. ред./ Е.Г. Дудникова. - М.: Химия 1987. - 368с.

6. Справочник резинщика. Материалы резинового производства. - М.: Химия, 1971. - 607с.

7. Емельянов А.И., Капник О.В. Проектирование систем автоматизации технологыческих процессов. - М.: Энергоиздат. 1983. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru