Проект автоматизации управления печами обжига керамической плитки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации производственных процессов

Проект автоматизации управления печами обжига керамической плитки

Пояснительная записка

(АПП.000000.041.ПЗ)

Руководитель: Тяпкин В.Н.

Разработал:

Студент группы 25-1: Федосеев В.М.

Красноярск, 2012



Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет автоматизации и информационных технологий

Кафедра автоматизации производственных процессов

Учебная дисциплина: Автоматизация технологических процессов и производств

Задание

на курсовой проект

Тема: «Проект автоматизации управления печами обжига керамической плитки»

Студент: Федосеев В.М. гр.25-1

Руководитель: Тяпкин В.Н.

Задание на проектирование

Исходные данные: материалы ООО «Сибирская керамика»

Перечень графического материала: функциональная схема автоматизации управления печами обжига керамической плитки.

Перечень вопросов, которые должны быть отражены в пояснительной записке:

а) Описание и состав технологического процесса;

б) Описание режимов технологического процесса;

в) Анализ связей между переменными технологического процесса, целевая функция управления;

г) Описание существующей системы управления, ее состав;

д) Анализ недостатков существующей системы управления;

е) Техническое задание на модернизацию системы управления;

ж) Расчетная часть;

Реферат

В курсовом проекте приведены результаты разработки схем автоматического управления процессом печей обжига плит, что позволяет повысить качество выпускаемой продукции, сократить долю физического труда путем внедрения средств и приборов автоматики.

Предлагаемая система выполнена на базе микропроцессорного контроллера Simatic S7-400 с передачей информации на ПЭВМ и может быть использована для управления аналогичными процессами.

Курсовой проект содержит графическую часть на 1-м листе формата А2 и пояснительную записку из ___ страницы текста, ___ таблиц, ___ рисунков и ___ литературных источников.

автоматический обжиг печь труд



Содержание

Введение

1. Описание и состав технологического процесса

1.1 Оборудование (перечень оборудования данного технологического процесса)

1.2 Сырье и компоненты

1.3 Энергоносители

1.4 Продукт

1.5 Параметры процесса

1.6 Физико - химические основы технологического процесса

2. Описание режимов технологического процесса

2.1 Режимы пуск - останов

2.2 Рабочий режим

2.3 Аварийные режимы

3. Анализ связей между переменными технологического процесса, как объекта управления. Целевая функция управления

4. Описание существующей системы управления

4.1 Описание работы существующей системы управления в режиме пуск-останов

4.2 Описание работы существующей системы управления в режиме рабочем

4.3 Описание работы существующей системы управления в режиме аварийном

4.4 Состав существующей системы управления с учетом модернизации

5. Анализ недостатков существующей системы управления

6. Техническое задание на модернизацию системы управления

Заключение

Библиографический список



Введение

Одним из решающих факторов повышения производительности общего труда является автоматизация производства. В связи с этим за последние годы резко возрастает объём работ по автоматизации технологических процессов во всех отраслях производства. Однако эффективность внедрения систем и устройств автоматизации управление зависит не только от степени оснащения или производства, но в значительной мере определяется качеством их наладки и степенью оптимальности выбранных параметров настройки систем. Современный объём автоматизации производства, сложность автоматизированных систем управления требуют выполнения работ по их наладке на современной теоретической основе. Техническая оснащённость средствами автоматизации предприятий неуклонно растёт. Обеспечение достоверности информации и высокого качества работы всей аппаратуры требует серьёзной подготовки всего рабочего персонала и особенно цехов автоматики и технических измерений.



1. Описание и состав технологического процесса

1.1 Оборудование (перечень оборудования данного технологического процесса).

Таблица 1.1-Перечень оборудования

Наименование оборудования, целевая функция	Количество	Производитель	Характеристики и свойства
1.Трубопроводы
1.1 Трубопровод природного газа
1.1 Подача природного газа, целевая функция - питание печей обжига.		Россия	Поступает от напорной станции; ДУ = 100 мм
1.2 Трубопровод подачи воздуха
1.2 Подача воздуха, целевая функция - подача воздуха в печь обжига.		Россия	Поступает от насосной станции; ДУ = 100 мм
1.3 Трубопровод подачи пропана
1.3 Подача пропана, целевая функция - разжигание пламени в печи обжига.		Россия	Поступает из газового баллона; ДУ = 50 мм
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
1.4 Отвод отработанных газов, целевая функция - отвод отработанных газов в атмосферу		Россия	Т = 600С; ДУ = 100 мм
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
2.1 Открытие (закрытие) подачи природного газа	1	ООО Метран г. Челябинск	ДУ = 100 мм Запирающий
2.2 Клапан подачи воздуха
2.2 Открытие (закрытие) подачи воздуха	1	ООО Метран г. Челябинск	ДУ = 100 мм Запирающий
2.3 Клапан подачи пропана
2.3 Открытие (закрытие) подачи пропана	1	ООО Метран г. Челябинск	ДУ = 50 мм Запирающий
2.4 Шибер отвода отработанных газов
2.4 Открытие (закрытие) отвода отработанных газов в атмосферу	1	ООО Метран г. Челябинск	ДУ = 100 мм Заслоночный
3. Насосы
3.1 Вытяжной насос, целевая функция - вытяжка отработанных газов в атмосферу	1	Россия	n= 3000 об/мин; N= 7 кВт U= 380 В;
4. Печь обжига
4.1 Обжиг плитки
4.1 Обжиг плитки		Россия	Происходит обжиг по специальной технологии

1.2 Сырье и компоненты

Таблица 1.2 - Сырье и компоненты

Наименование сырья	Химический состав	Физические свойства	Технологические требования и параметры
1.Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
1.1 Природный газ		Газ	Поступает от напорной станции;
1.2 Трубопровод подачи воздуха
1.2 Воздух		Газ	Поступает от насосной станции;
1.3 Трубопровод подачи пропана
1.3 Пропан		Газ	Поступает из газового баллона;
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
1.4 Отработанные газы		Газ	Т = до 600С;
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
2.1 Природный газ		Газ	Поступает от напорной станции;
2.2 Клапан подачи воздуха
2.2 Воздух		Газ	Поступает от насосной станции;
2.3 Клапан подачи пропана
2.3 Пропан		Газ	Поступает из газового баллона
2.4 Шибер отвода отработанных газов
2.4 Отработанные газы		Газ	Отводятся в атмосферу
3. Вентилятор
3.1 Вытяжной вентилятор		Газ	Т = до 600С;
4. Печь обжига
4.1 Процесс обжига плитки
4.1 Природный газ		Газ



1.3 Энергоносители

Таблица 1.3 - Энергоносители

Наименование энергоносителя	Технологические требования и параметры
1.Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
1.1 -	-
1.2 Трубопровод подачи воздуха
1.2 -	-
1.3 Трубопровод подачи пропана
1.3 -	-
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
1.4 -	-
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
2.1 Электрическая энергия	Однофазная сеть 220В, частота 50 Гц
2.2 Клапан подачи воздуха
2.2 Электрическая энергия	Однофазная сеть 220В, частота 50 Гц
2.3 Клапан подачи пропана
2.2 Электрическая энергия	Однофазная сеть 220В, частота 50 Гц
2.3 Шибер отвода отработанных газов
2.3 Электрическая энергия	Однофазная сеть 220В, частота 50 Гц
3. Вентилятор
3.1 Электрическая энергия	Трехфазная сеть 380В, частота 50 Гц
4. Печь обжига
4.1 Процесс обжига в печи
4.1 Природный газ	Т = 4000С;

1.4 Продукт

Таблица 1.4 - Продукт

Наименование продукта	Химический состав	Физические свойства	Технологические требования и параметры
1.Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
1.1 Природный газ		Газ	Поступает от напорной станции;
1.2 Трубопровод подачи воздуха
1.2 Воздух		Газ	Поступает от насосной станции;
1.3 Трубопровод подачи пропана
1.3 Пропан		Газ	Поступает из газового баллона;
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
1.4 Отработанные газы		Газ	Т = до 600С;
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
2.1 Природный газ		Газ	Поступает от напорной станции;
2.2 Клапан подачи воздуха
2.2 Воздух		Газ	Поступает от насосной станции;
2.3 Клапан подачи пропана
2.3 Пропан		Газ	Поступает из газового баллона;
2.4 Шибер отвода отработанных газов
2.4 Отработанные газы		Газ	Т = до 600С;
3. Вентилятор
3.1 Отработанные газы		Газ	Т = до 600С;
4. Печь обжига
4.1 Процесс обжига в печи
4.1 Природный газ		Газ	Т = 10000С;

1.5 Параметры процесса

Таблица 1.5 - Параметры процесса (регламент).

Наименование параметров	Диапазон	Среда	Место контроля или отбора
1.Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
1.2 Трубопровод подачи воздуха
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
1.3 Трубопровод подачи пропана
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
Давление	-20кПа	Газ	На трубопроводе
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
2.2 Клапан подачи воздуха
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
2.3 Клапан подачи пропана
Расход	10 м3/ч	Газ	На трубопроводе
2.4 Шибер отвода отработанных газов
Давление	-20кПа	Газ	На трубопроводе
3. Вентилятор
Температура	600С	Газ	На трубопроводе
4. Печь обжига
4.1 Процесс обжига плитки
Температура	4000С	Газ	На трубопроводе

1.6 Физико - химические основы технологического процесса

Процесс обжига плитки можно разбить на две части:

1. Загрузка сырья.

Сырьё погрузчиком загружается в питатели, откуда поочереди поступает на конвейерные весы. С весов сырьё в заданных пропорциях поступает на три параллельных мельницы. После перемешивания содержимое поступает в накопительный резервуар, где также перемешивается и фильтруется. Для установления требуемой влажности суспензия распыляется в тепловой башне, в которую поступает горячий воздух из печи. Затем содержимое поступает в силоса, из которых на пресса. После сушки в предварительных печах плитка поступает в печи обжига.

2. Обжиг плитки.

Питание печей осуществляется природным газом. Давление в трубопроводе автоматически поддерживается на уровне 0,6 МПа, при гашении пламени автоматически срабатывает отсечной клапан. Также в печь поступает воздух. В соответствии с заданной программой регулируется соотношение природного газа и воздуха. Прессованная плитка подаётся в печь по конвейеру, скорость которого также регулируется. Контролируется разрежение в печи 20 кПа и в трубопроводе выходных газов 20кПа. Контролируется температура подшипников вентилятора. При повышении температуры переднего или заднего подшипника более 60°С отключается двигатель вентилятора в трубопроводе выходных газов.



2. Описание режимов технологического процесса

2.1 Режимы пуск - останов

Пуск технологического процесса обжига плитки осуществляется в следующей последовательности: Проверяем положения всех исполнительных механизмов: (поз. 8-5,10-4 открыто; поз. 2-6,7-3,7-4,6-4 закрыто; М1,М2 -выключено). Подаем питание на ЛУЧ1 с ЗСУ, открываем задвижку подачи природного газа (поз. 6-4), после достижения расхода 10 м3/ч, открываем задвижки подачи природного газа и подачи пропана (поз. 7-3, 7-4). Затем включаем двигатель М1, отвечающий за движение конвейера. Далее включаем вентилятор с двигателем М2, отвечающий за вытяжку отработанных газов). Операция пуска завершена.

Алгоритм пускового режима приведен на рисунке 1.

Рисунок 1 - Алгоритм режима ПУСК

Останов технологического процесса обжига плитки осуществляется в следующей последовательности: выключаем ЛУЧ1 с ЗСП. Закрываем задвижки на подачу природного газа (поз. 6-4) и на подачу природного газа и пропана (поз. 7-3,7-4) и Выключаем двигатель М1 и выключаем двигатель М2. Операция останова завершена.

Алгоритм режима останова приведен на рисунке 2.



Рисунок 2 - Алгоритм режима ОСТАНОВ

2.2 Рабочий режим

В рабочем режиме процесса обжига плитки, после успешного пуска, устанавливается температура в печи Т=4000С (поз. 8-2), регулирование происходит путем открытия/закрытие задвижки (поз. 8-5). При достижении расхода в трубопроводе для природного газа и трубопроводе для воздуха F=10м3/ч, происходит регулирование соотношения природного газа и воздуха путем задвижки (поз. 2-6). Если повышается температура переднего и заднего подшипника вентилятора больше 600С, отключается двигатель вентилятора М2 в трубопроводе выходных газов. При достижении давления разрежения в печи и трубопроводе выходных газов Р=-20кПа (поз.14,15), происходит регулирование с помощью шибера (поз. 10-4). При отклонении давления в трубопроводе от заданного значения Р=0.6 МПА (поз. 5,6,7), происходит регулирование с помощью задвижки (поз. 6-4). Скорость конвейера также регулируется.

Алгоритм рабочего режима приведен на рисунке 3.

Рисунок 3 Алгоритм рабочего режима

2.3 Аварийные режимы

Отсутствие сырья

При отсутствии сырья на ленте конвейера необходимо проверить предыдущий технологический процесс. Если он в аварийном режиме, то нужно выключить ЛУЧ1, выключить двигатели М1,М2, отключить подачу энергоносителей.

Алгоритм аналогичен режиму останова.

Отсутствие основных энергоносителей

а) при отсутствии подачи природного газа в печь обжига необходимо:

следить за показаниями приборов контроля расхода в течение 5 минут. По окончании этого времени при отсутствии подачи природного газа следует закрыть клапан подачи природного газа (поз. 6-4,7-3) и отключить прибор ЛУЧ1. После этого подать аварийный сигнал об отсутствии природного газа.

Алгоритм аналогичен режиму останова

б) при отсутствии подачи воздуха в печь обжига необходимо:

открыть задвижку подачи воздуха (поз. 2-6). После ожидания 5 минут при отсутствии расхода воздуха в трубопроводе, закрыть клапан подачи природного газа (поз. 7-3) и закрыть клапан подачи пропана (поз. 7-4). Отключить прибор ЛУЧ1. Подать аварийный сигнал об отсутствии расхода воздуха в трубопроводе.

Алгоритм аналогичен режиму останова

в) при отсутствии подачи пропана для розжига ЛУЧ1 необходимо:

следить за расходом подачи пропана. Если в течение 5 минут расход остается нулевым необходимо отключить ЛУЧ1, подать аварийный сигнал об отсутствии подачи пропана для розжига ЛУЧ1, закрыть клапан подачи природного газа (поз. 7-3)

Алгоритм аналогичен режиму останова

Поломка основного технологического оборудования

а) при выходе из строя ЛУЧ1 необходимо:

произвести проверку и выключение (если необходимо) двигателя М1, клапана подачи пропана для розжига (поз. 7-4) и (если необходимо) закрытие этого клапана, закрытие клапана подачи природного газа (поз. 7-3). Подать аварийный сигнал о выходе из строя прибора ЛУЧ1, произвести оповещение начальника склада готовой продукции и вызвать рабочего для проверки прибора по месту.

Алгоритм аналогичен режиму останова.

б) при выходе из строя конвейера необходимо:

произвести отключение двигателя М1, отключить подачу энергоносителей, выключить прибор ЛУЧ1, оповестить начальника склада готовой продукции и вызвать рабочего для проверки прибора по месту.

Алгоритм аналогичен режиму останова.

в) при выходе из строя вентилятора необходимо:

произвести проверку и выключение (если необходимо) двигателя М1, отключить подачу энергоносителей, выключить прибор ЛУЧ1, оповестить начальника склада готовой продукции и вызвать рабочего для проверки прибора по месту.



3. Анализ связей между переменными технологического процесса, как объекта управления. Целевая функция управления

Таблица 2.1 - Анализ координат объекта.

Входные переменные	Выходные переменные Целевая функция
Наименование переменных	Автоматически контролируемые	Возможные управляющие воздействия	С возможностью стабилизации	Наименование переменных	Автоматически контролируемые
1. Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
Давление в начале трубопровода Давление в конце трубопровода	+ +	+ +		Расход природного газа	+
1.2 Трубопровод подачи воздуха
Расход в трубопроводе	+	+		Температура в печи	+
1.3 Трубопровод подачи пропана
Расход в трубопроводе	+	+		Температура в печи	+
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
Давление разрежения в трубопроводе	+	+		Расход отработанных газов	-
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
Давление среды до клапана Давление среды после клапана Степень открытия	+ + +	+ + +		Расход природного газа	+
2.2 Клапан подачи воздуха
Расход через клапан Степень открытия	+ +	+ +		Температура в печи	+
2.3 Клапан подачи пропана
Расход через клапан Степень открытия	+ +	+ +		Температура в печи	+
2.4 Шибер отвода отработанных газов
Давление в печи Давление перед шибером Степень открытия	+ + +	+ + +		Расход отработанных газов	-
3. Вентиляторы
3.1 Вентилятор Температура переднего подшипника вентилятора Температура заднего подшипника вентилятора Скорость вращения двигателя	+ + -	+ + -		Выброс отработанных газов	+
4. Печь обжига
4.1 Обжиг плитки
Температура в печи Концентрация газов в печи Давление в печи	+ + +	+ + +		Обжиг плитки	+



4. Описание существующей системы управления

В существующей системе управления все сигналы поступают, обрабатываются в автоматическом режиме, функция человека сводится в наблюдении за течением процесса и в случае необходимости принятия необходимых решений и внесения их в алгоритм программы.

4.1 Описание работы существующей системы управления в режиме пуск-останов

Существующая схема автоматизации производит автоматическое управление процессом управления печью обжига плитки. Все параметры автоматически заносятся в базу данных реального времени. Регулирование так же производится в автоматическом режиме. Управление человеком сводится в наблюдении за ходом технологического процесса на экране ЭВМ.

4.2 Описание работы существующей системы управления в режиме рабочем

Процесс работы системы в рабочем режиме такой же, как и в пункте 2.2, только человек лишь следит за ходом выполнения процесса, а все управляющие воздействия подает контроллер.

4.3 Описание работы существующей системы управления в режиме аварийном

В аварийном режиме, система автоматически принимает решение о прекращении хода процесса, при этом на экран ЭВМ выводится сообщение о конкретной неисправности. После чего оператор должен принять решение об оповещении необходимых служб предприятия.

4.4 Состав существующей системы управления с учетом модернизации.

Таблица 3.1 - Состав существующей системы управления с учетом модернизации

Переменные (наименование)	Контроль	Сигнализация	Регулирование	Защита-блокировка	Дистанционное управление
	Автом.	Ручн.	Автом.	Ручн.	Автом.	Ручн.	Автом.	Ручн.	Автом.	Ручн
1 Трубопроводы
1.1 Трубопровод подачи природного газа
Давление в начале трубопровода Давление в конце трубопровода Расход фенола	(+) (+) (+)		(+) (+) (+)				(+) (+) (+)
1.2 Трубопровод подачи воздуха
Расход в трубопроводе	(+)		(+)				(+)
1.3 Трубопровод подачи пропана
Расход в трубопроводе	(+)		(+)				(+)
1.4 Трубопровод отвода отработанных газов
Давление разрежения в трубопроводе Расход отработанных газов	(+) (+)		(+) (+)				(+) (+)
2. Регулирующие клапаны
2.1 Клапан подачи природного газа
Давление среды до клапана Давление среды после клапана Расход фенола Степень открытия	(+) (+) (+) +		(+) (+) (+) +				(+) (+) (+) +		(+)	+
2.2 Клапан подачи воздуха
Расход через клапан Температура в печи Степень открытия	(+) (+) +		(+) (+) +				(+) (+) +		(+)	+
2.3 Клапан подачи пропана
Расход через клапан Температура в печи Степень открытия	(+) (+) +		(+) (+) +				(+) (+) +		(+)	+
2.4 Клапан отвода отработанных газов
Давление в печи Давление перед шибером Расход отработанных газов Степень открытия	(+) (+) - +		(+) (+) - +				(+) (+) - +		(+)	+
3. Вентиляторы
3.1 Вентилятор Температура переднего подшипника вентилятора Температура заднего подшипника вентилятора Скорость вращения двигателя Выброс отработанных газов	(+) (+) - -		(+) (+) - -				(+) (+) - -
4. Печь обжига
4.1 Обжиг плитки
Температура в печи Концентрация газов в печи Давление в печи Расход воздуха Расход природного газа Расход отработанных газов	+ + + + + -		+ + + + + -		+ +		+ + + +



5. Анализ недостатков существующей системы управления

К недостаткам существующей схемы автоматизации можно отнести, недостаточное информирование данными о состоянии системы. То есть необходимо произвести более глубокую модернизацию, благодаря которой станет возможным строить прогнозы износа оборудования, конкретизировать поломку, которая будет выводиться на экран ЭВМ.



6. Техническое задание на модернизацию системы управления

Техническое задание на модернизацию системы управления:

Для модернизации системы управления процессом обжига керамической плитки и более точного и качественного регулирования переходного процесса необходимо произвести установку новых приборов с более высоким классом точности, что увеличит точность регулирования, а следовательно улучшит качество процесса.

Так же необходимо произвести модернизацию для обеспечения контроля и сигнализации необходимых параметров, что существенно повысит надежность работы системы.

Модернизация должна быть проведена с использованием современных зарубежных и отечественных средств автоматизации: контроллеров, датчиков, преобразователей, исполнительных устройств.



Заключение

В ходе выполнения данной работы был разработан проект автоматизации процесса управления печью обжига плитки. Данный процесс является пожароопасным, медленно протекающим процессом. Целевой функцией в данном процессе является обжиг плитки с заданными основными параметрами: температура и концентрация газов в печи. Эта целевая функция реализуется данной системой автоматизации. Поддержание основных параметров на заданном установившемся значении осуществляется с помощью контуров регулирования. Для контроля за ходом технологического процесса производится контроль и запоминание значений всех тех параметров, которые необходимы для качественного ведения процесса обжига плитки. В проекте приведены характеристики сырья, энергоносителей, продукта и оборудования: основного и вспомогательного; приведены инструкции по различным режимам работы печи обжига плитки, а также приводится описание работы системы управления в разных режимах - рабочем, аварийном, в режиме пуск и останов. Описывается существующая система управления. Также приводится техническое задание на модернизацию или создание новой системы управления.

В расчетной части проекта приведены расчеты системы автоматического регулирования.

Новая система автоматизации вполне может быть реализована на производстве



Библиографический список

1. Проектирование систем автоматизации: Методические указания по курсовому проектированию для студентов специальности 210200 всех форм обучения. - Красноярск: СибГТУ, 1999. - 60 с.

2. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г Дудникова. - М.; Химия, 1987. 368 с., ил.

3. Клюев А.С. Проектирование систем автоматизации технологических процессов, справочное пособие. М. «Энергия» 1980 г.

4. Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств, М. «Машиностроение» 1983 г.

Размещено на Allbest.ru

...