Автоматизация производства на асфальтобетонном заводе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Дoрожное стрoительство представляет сoбой неотъемлемую сoставляющую развития транспoртной инфраструктуры. Качествo дорoг во многом определяет качествo жизни и успех развития торговой и других отраслей экономики. Даннoе направление строительства включает широкий спектр работ по подготовке грунта, проведению инженерных изысканий, соoружению мостов и дамб, устройству дорог с бетонным и асфальтовым покрытием.

Эффективность и качество дорожного строительства во многом зависит от надежной и ритмичной работы асфальтобетонных заводов (АБЗ). В их состав входит большое количество сложных и дорогостоящих машин и оборудования. Модернизация АБЗ происходит путем внедрения современной техники и технологий на базе компьютеризированных систем автоматизированного управления с целью повышения технологических, эксплуатационных и надежностных характеристик установок, повышения качества выпускаемых смесей, экономии используемых энергоносителей и внедрения жесткого учета количества выпускаемого асфальта, расходных материалов и энергоресурсов.

Средствами достижения поставленной цели являются создание принципиально нового автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора на базе персонального компьютера, программируемых логических контроллеров, современной датчиковой аппаратуры и специализированного программного обеспечения. Всё это представляет собой автоматизированную систему управления (АСУ) асфальтобетонного завода (АБЗ), которая и является объектом исследования в данной работе.

1. Проблема исследования

Ряд характеристик и параметров асфальтобетонной смеси не удовлетворяет современным требованиям к качеству продукции. Также к недостаткам можно отнести малую информативность процесса, что не обеспечивает высоких технологических показателей при получении асфальта.

Особо важными параметрами технологических операций, оказывающих влияние на свойства конечного продукта - асфальтобетонной смеси, являются:

- точность предварительного дозирования минеральных материалов, т.к. уменьшение и увеличение дозировки даже одного компонента приводит в итоге к недостатку и переизбытку этого компонента в «горячих» бункерах; обеспечение этого параметра решается путём повышения точности дозирования, а также введением в систему автоматического управления (АСУ) блока контроля уровня минеральных материалов в «горячих» бункерах.

- температура минеральных материалов на выходе из сушильного барабана, т.к. низкая и высокая температура минеральных материалов приводит к снижению качества смеси: при низкой температуре часть влаги остается на зёрнах минерального материала и ухудшает сцепление битума с поверхностью зёрен, а при высокой температуре зёрен минерального материала происходит окисление битума на поверхности этих зёрен, что меняет его свойства; обеспечение контроля этого параметра решается введением в систему автоматического управления (АСУ) блока контроля температуры минеральных материалов и блоков регулирования мощности горелки сушильного барабана и суммарной производительности преддозаторов.

- температура и режим нагрева органического вяжущего - битума, т.к. высокая температура битума может привести к изменению его свойств, а низкая температура битума ухудшает процесс обволакивания зёрен минерального материала; резкий режим нагрева битума (высокая температура теплоносителя) также приводит к изменению его свойств; обеспечение этих параметров решается введением в АСУ блоков контроля температуры битума и температуры теплоносителя, а также блока регулирования мощности горелки нагревателя теплоносителя (электронагревателя) битума.

- точность дозирования минеральных материалов, минпорошка и битума, т.к. отклонение от заданного состава смеси является главной причиной получения некачественной смеси; обеспечение этих параметров решается путём использования весовых дозаторов минеральных материалов, минпорошка и битума на тензодатчиках.

Таким образом, целью исследования является проведение системного анализа проблем функционирования АСУ АБЗ.

2. Объект исследования как система

Система - это совокупность элементов, находящихся в определённых отношениях друг с другом и со средой. Основные свойства системы:

1. Целостность и членимость;

2. Наличие связей;

3. Упорядоченность (организация);

4. Наличие цели.

Рассмотрим все свойства по порядку.

1. Целостность и членимость. Это свойство говорит о возможности декомпозиции системы при том, что составные части её должны образовывать единое целое. Декомпозицией называется деление системы на части, удобное для каких - либо операций с этой системой. Все элементы системы должны быть совместимы, чтоб система была устойчивой. АСУ можно разделить на две основные части - аппаратную и программную. Каждую из них также можно разделить на составные части. Аппаратная часть - это компьютеры, контроллеры, датчки, и т.д. Программная часть АСУ АБЗ состоит из программ, написанных для разных процессов, происходящих в асфальтобетонной установке - нагрев материалов, дозирование, транспортировка и т.д.

2. Наличие связи. Под связью понимается важный для целей рассмотрения обмен между элементами веществом, энергией, информацией. Связь между элементами внутри системы должна быть сильнее, чем с элементами внешней среды. В АСУ АБЗ все элементы связаны между собой. Например, связь между датчиками и рабочей станцией - сигналы с датчиков поступают в рабочую станцию, где содержатся различные преобразователи.

3. Упорядоченность (организация) подразумевает под собой подчинение элементов системы каким - либо правилам, законам. Так, например, основным правилом, которым руководствуется АСУ АБЗ, является рецепт асфальтобетонной смеси. Согласно рецепту дозируется определенное количество компонентов смеси и производится их нагрев до определенной температуры.

4. Наличие цели. Цель - желаемое конечное состояние или желаемый конечный результат, достижимый во времени и пространстве. Основная цель АБЗ - производство качественного продукта.

Из вышесказанного следует вывод, что АСУ АБЗ является системой, так как обладает всеми свойствами, присущими системе.

2.1 Цели и задачи системы

Автоматизированную систему управления асфальтобетонного завода можно рассматривать как совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для автоматизации производства продукции в соответствии с поставленными целями и задачами.

Основной целью АСУ АБЗ является повышение качества выпускаемой продукции. Высокое качество продукта обеспечивается за счет:

· стабилизации технологических показателей производственного процесса;

· обеспечения оперативного контроля технологического процесса;

· сокращения простоев оборудования;

· автоматического управления сложными процессами в технологическом процессе (дозирование при приготовлении смесей, и т.д.);

· повышение эффективности производства;

Основные задачи, решаемые АСУ АБЗ:

· последовательное включение и выключение маршрутов завода;

· пуск и останов завода целиком;

· ведение журнала и статистики аварийных ситуаций;

· визуальное и интуитивно понятное отображение технологического процесса в режиме реального времени;

· сигнализация при недопустимых режимах работы и возможность оперативного обнаружения неисправного узла.

2.2 Структура АСУ АБЗ

Согласно Закону системности любая система, с одной стороны может, быть системой среди себе подобных, т.е. состоять из множества взаимосвязанных и взаимодействующих элементов (агрегатов, модулей, комплексов, подсистем); с другой стороны, может быть подсистемой некоторой более сложной системы.

АСУ АБЗ представляет собой комплекс оборудования автоматики и управления, а также персональный компьютер (ПК) с предустановленным программным обеспечением (ПО).

Основная аппаратная часть системы включает в себя шкафы управления, рабочую станцию и ПК. Кроме того в состав АСУ входят различного рода исполнительные механизмы и датчики.

Система обеспечивает комплексную и всестороннюю автоматизацию технологического процесса производства асфальта по заданному рецепту. Кроме того, предусмотрена возможность облегченного сервисного обслуживания АБЗ за счет автоматизации.

Рабочее место оператора АБЗ состоит из системного блока (непосредственно компьютера), широкоформатного ЖК-монитора, манипулятора типа «мышь», клавиатуры, источника бесперебойного питания (ИБП) и комплекта сетевых и соединительных шнуров. Кроме того рабочее место оператора включает в себя комплекс индикаторных ламп и указателей, а также управляющих тумблеров-включателей, установленных на дверцах электроаппаратных шкафов.

1 - рабочая станция, 2 - ПК оператора, 3 - блок бесперебойного питания, 4, 5 - шкафы электроаппаратные, 6 - тензометрические датчики веса, 7 - датчики температуры, 8 - датчик положения СКИПа, 9 - датчик наличия продукта, 10 - нагревательные элементы, 11 - исполнительные механизмы.

Рисунок 2.2 - Структурная схема АСУ АБЗ

Рабочая станция 1 представляет из себя контроллер с подключенными к нему дополнительными модулями расширения.

Шкафы электроаппаратные 4, 5 содержат автоматические выключатели, электромагнитные пускатели, реле электротепловые токовые.

Дозирование производится с помощью контроллеров систем автоматического управления по запрограммированным рецептурам в соответствии с заданным расходом каждого материала и выполняется в весовых дозаторах на тензометрических датчиках 6. Сигнал с них в аналоговом виде передается на рабочую станцию в соответствующий модуль расширения.

Температура отходящих газов, каменных материалов и битума контролируется с помощью датчиков температуры. В качестве датчиков температуры обычно используются термоэлектрические преобразователи.

автоматизированный асфальтобетонный управление

2.3 Описание внешней среды

Внешняя среда в рамках системного анализа представляет собой множество действующих вне системы элементов (объектов) любой физической природы, оказывающих существенное, но не целенаправленное влияние на систему или находящихся под её воздействием.

АСУ АБЗ - открытая система, так как она связана с внешней средой. В АСУ АБЗ сигналы поступают извне - с оборудования завода, и поступают во внешнюю среду - на исполнительные механизмы.

Факторы внешней среды АБЗ:

1. Экономической фактор внешней среды позволяет понять то, как формируются и распределяются ресурсы. Оно предполагает анализ таких характеристик, как величина валового национального продукта, темп инфляции, уровень безработицы, процентная ставка, производительность труда, нормы налогообложения, платежный баланс, норма накопления и т.п. Так, например, вклад автомобильного транспорта в ВНП в России составляет от 7 до 12%. Инвестиции в дорожное строительство дают хороший экономический эффект, так как по причине слабого развития сети автомобильных дорог и их неудовлетворительного технического состояния, высокого уровня загрузки дорог автотранспортом, вызванного этими причинами снижения скорости движения автомобилей, высокого уровня аварийности значительно снижается скорость оборота денег, вложенных в перевозимый товар. В России один миллион дополнительных инвестиций в дорожное хозяйство обеспечивает экономический эффект от 6 до 40 миллионов рублей прироста валового регионального продукта.

2. Правовое регулирование предполагает изучение законов и других нормативных актов, устанавливающих правовые нормы и рамки отношений, дает организации возможность определить для себя допустимые границы действий во взаимоотношениях с другими субъектами права и приемлемые методы отстаивания своих интересов. Правовое регулирование следует рассматривать наряду с политической составляющей внешней среды, так как для сырьевой экономики правовое регулирование является результатом политических решений. Регулирование дорожного хозяйства в значительной части вопросов осуществляется нормативными актами Правительства Российской Федерации. Это касается классификации дорог, порядка создания автомобильных дорог общего пользования и платных автомобильных дорог, порядка функционирования дорог, ответственности органов управления автодорогами. В целом можно говорить о том, что существующее состояние нормативно-правовой базы регулирования дорожного хозяйства выступает сдерживающим фактором развития автомобильного строительства.

3. Социальный фактор. От развития дорожного строительства в стране напрямую зависит качество жизни населения, так как чем лучше состояние дорог, тем комфортнее и безопаснее чувствуют себя люди на дорогах.

4. Анализ технологического фактора позволяет своевременно увидеть те возможности, которые развитие науки и техники открывает для производства новой продукции, для усовершенствования производимой продукции и для модернизации технологии изготовления и сбыта продукции. Так, введенная несколько лет назад в технологический процесс производства асфальтобетона автоматизированная система позволила повысить производительность асфальтосмесительных установок и повысить качество получаемого продукта.

5. Анализ покупателей, как компонентов непосредственного окружения организации, в первую очередь имеет своей задачей составления профиля тех, кто покупает продукт, реализуемый организацией.

6. Анализ поставщиков направлен на выявление тех аспектов в деятельности субъектов, снабжающих организацию различным сырьем, полуфабрикатами, энергетическими и информационными ресурсами, финансами, от которых зависят эффективность работы организации.

7. Изучение конкурентов направлено на то, чтобы выявить слабые и сильные стороны конкурентов.

2.4 Определение места системы в системе классификаций

Исследуемая система является сложной системой. Она состоит из множества элементов, обладает сложной структурой, поведение данной структуры непредсказуемо, имеются подсистемы внутри организационной структуры.

Охарактеризуем ее по разным классификационным основаниям:

1) По субстанциональному признаку данная система является материальной, так как существует в объективной действительности, а также смешанной II рода, так как является искусственно-естественной. АСУ АБЗ относится к естественным системам, потому что ее элементом является человек, в то же время является искусственной системой, так как она создана человеком и направлена на получение прибыли.

2) По целям данная система относится к производственной системе так как в рамках АСУ АБЗ взаимодействуют производственные и технологические элементы.

3) По динамическим свойствам АСУ АБЗ является самонастраивающейся системой. Изменение каких-либо параметров, измеряющихся датчиками, приводит к ответной реакции исполнительных механизмов.

4) По виду выполняемых функций система относится к управляемой. Объектом управления выступают технологический процесс производства асфальтобетона. Управление осуществляется в соответствии со структурой системы.

5) По взаимосвязи с внешней средой является открытой системой, так как взаимодействует с элементами, не входящими в данную систему. Взаимодействие АСУ АБЗ описано в п.2.3.

6) По виду структуры относится к иерархической, так как имеет несколько уровней в своей структуре.

7) 7) По составу своих базовых элементов является гетерогенной, так как является разнородной по функциям выполнения базовых элементов.

8) Данная система является сложной так как :

· состоит из большого количества взаимодействующих подсистем различной физической природы;

· имеет иерархическую структуру;

· характеризуется большим количеством параметров;

3. Общесистемные принципы функционирования АСУ АБЗ

1. Принцип декомпозиции заключается в возможности расчленения по тому или иному признаку исходной системы на отдельные части и формировании для них собственных целей и функций для достижения глобальной цели.

В исследуемой системе выполняется принцип декопозиции по вертикали, так как данная система иерархическая с множеством подуровней.

2. Принцип композиции (интеграции) - заключается в возможности объединения по определенным правилам и различными способами исходных элементов с помощью множества связей в единую систему и в выявлении общесистемных свойств и функций новой системы.

АСУ АБЗ образована из множества исходных элементов - датчиков, преобразователей, электронных переключателей, двигателей, технологического оборудования. Все они при том, что обладают определенными свойствами, связаны между собой и образуют новую систему, обладающую другими свойствами.

3. Принцип адекватности (принцип соответствия) заключается в том, что две системы, которые предназначены для достижения одной общей цели должны соответствовать (быть адекватными) друг другу по свойствам, характеристикам, функциям, степени сложности и т.д.

4. Принцип управляемости. Сложная динамическая система не должна иметь неуправляемых подсистем, элементов, ни одна из систем не должна выпасть из процесса управления и не испытывать целенаправленного воздействия со стороны управляющей системы.

5. Принцип контролируемости (наблюдаемости) - Спроектированная система в своей структуре не должна содержать ни одного объекта, который был бы неконтролируемым

6. Принцип согласованности - заключается в том, что все элементы подсистемы сложной системы как по горизонтали, так и по вертикали согласованы между собой по всем показателям с целью достижения заданной эффективности системы.

7. Принцип совместимости (достижимости) - Заключается в том, что заданное множество базовых элементов системы и связи между ними при совместном функционировании обеспечат достижение целей или требуемых характеристик. Это структурное свойство.

8. Принцип реализуемости (осуществимости) - проектируемая сложная система в своей структуре не должна содержать ни одного элемента, кот нельзя было бы реализовать располагаемыми средствами техники и технологии. Система должна быть обеспечена всеми видами ресурсов для достижимости цели. Согласно этому принципу в сложной системе должны отсутствовать подсистемы, чьи локальные цели и функции нереализуемы, а следовательно недостижимы, из-за нехватки кадров, ресурсов и располагаемых технических и технологических средств.

9. Принцип единства цели системы и среды - В проектируемой системе всегда должны быть согласованы между собой возможности системы, цели ее функционирования и среда в которой она находится. Проектируемая система всегда должна рассматриваться относительно той среды, в которой предполагается ее функционирование. Нельзя отрывать систему от среды.

10. Принцип типизации и стандартизации - в проектируемой организационной S должны максимально использоваться стандартные или типовые элементы (модули, комплексы, подсистемы), функции, программы и т.д.

11. Принцип контруитивного проектирования - практически невозможно создать удовлетворительный проект сложной системы, опираясь только на опыт и интуицию проектировщика. Согласно этому принципу при проектировании сложных должны быть исключены необоснованные решения и решения, принимаемые только исходя из опыта и интуиции проектировщика. Этот принцип исключает влияние субъективизма при проектировании и при оценке эффективности системы и требует применения только проверенных и научно-обоснованных решений.

12. Принцип оперативности принятия решений - принятие управленческого решения должно быть осуществлено значительно быстрее, чем возникнут существенные изменения в управляемом процессе. Данный принцип ориентирует на разработку эффективных алгоритмов принятия решений при проектировании, планировании, контроле и организации процесса.

13. Принцип самоорганизации (гибкости) - система самостоятельно, путем изменения своей структуры быстро и целенаправленно меняет свои свойства; необходимость возникает в результате изменений свойств окружающей среды и характера реакции с ее стороны.

14. Принцип адаптации (близок к принципу самоорганизации) преследует ту же цель, но более разнообразными способами. Целью адаптации м. быть и сохранение свойств системы в целом при изменении свойств ОС.

15. Принцип системной готовности - для физической реализации любой функциональной S необходимо наличие всех компонентов S и ОС, согласованных между собой для достижения цели системы. Например, для организации производства необходимо наличие соответствующего оборудования, технологии, ресурсов, профессиональных кадров и т.п.

16. Конвейерный принцип управления - для достижения цели управления необходимо обеспечить доставку ресурсов а) своевременно, б) к месту, в) в требуемом объеме, г) с требуемым качеством. По этому принципу осуществляется организация производства, выполнения конструкторско-проектных работ и научно-исследовательских работ, планирования, строительства и т.д.

17. Принцип эквивалентности путей достижения цели - существует несколько эквивалентных (равноценных) путей достижения одинакового конечного результата, отличающихся друг от друга траекториями движения (маршрутами), используемыми средствами, технологиями (способами, алгоритмами), ресурсами и т.д.

Размещено на Allbest.ru