Автоматизация мойки насосов

Содержание

Введение

Автоматизация технологического процесса – совокупность методов и средств, предназначенная  для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом  без непосредственного участия  человека, либо оставления за человеком  права принятия наиболее ответственных  решений.

Автоматизация производственных процессов является одним из решающих факторов повышения  производительности общественного труда. Особенно возрастает роль автоматизации в настоящее время.

Автоматизация — одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих  человека от участия в процессах  получения, преобразования, передачи и  использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих  степень этого участия или  трудоемкость выполняемых операций. Требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств  вывода, использующих электронную технику  и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции  человека. Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую  степень участия человека в процессе.

Устройства, с помощью которых осуществляется контроль, измерение, регулирование, управление и сигнализация различных параметров производственных процессов получили общее название – приборы и  средства автоматизации.

Внедрение в производство нового оборудования, новых средств автоматизации  поможет увеличить производительность труда, а так же снизить затраты  на производство до минимума.

Данный  дипломный проект направлен на внедрение  в производство автоматизированной линии мойки пневматических насосов  и сопутствующих шлангов. Внедрение  этой линии поможет снизить затраты  на воду, так как предыдущая схема мойки исключала возможность повторного использования воды по замкнутому циклу. Внедрение данной системы обеспечит циркуляционный цикл воды, а так же добавит возможность смешивания её с моющим раствором. Добавление  моющего раствора поможет увеличить качество и скорость мойки.

1 Технологическая  часть

1. Описание технологического процесса мойки и оборудования

Основным элементом системы  мойки насосов является контроллер, который управляет пневмо-элетроклапанами. Эти клапаны, при подачи на них сигнала (напряжения 24 вольта), открывают пневмоканал для подачи воздуха. При снятии сигнала, клапаны закрываются и сбрасывают давление в соединительных линиях. В свою очередь пневмо-электические клапаны управляют пневмоклапанами. Это необходимо, поскольку данная система будет находиться в прямом контакте с водой, подача напряжения на запорные устройства (клапаны) категорически запрещается. На рисунке 1 представлена принципиальная схема технологического процесса.

Рисунок 1 Принципиальная схема технологического процесса

Так же необходимы два датчика: датчик минимального уровня моющего раствора и датчик потока воды. Датчик минимального уровня, устанавливается из расчета на то, что бы система могла полностью отработать цикл мойки с имеющимся запасом моющего средства. Если после цикла мойки уровень жидкости падает, ниже заданного минимума, срабатывает датчик, отправляя сигнал в контроллер. В результате чего контроллер блокирует операцию пуска мойки, а также начинает подавать импульсный сигнал на световую сигнализацию, сообщая оператору о нехватке моющего средства. Датчик потока нужен для контроля подачи воды, поскольку в случае ее отсутствия цикл мойки должен быть остановлен. Отсутствие воды приведёт к тому, что программа будет проходить, не зависимо от присутствия жидкости, т.е. программа будет окончена. При срабатывании данного датчика контролер прекращает цикл мойки. Одновременно с этим начинает мигать световая сигнализация, говорящая об отсутствии воды. При возобновлении подачи воды контроллер продолжает цикл автоматически с места остановки.

Смешивание  воды и моющего раствора происходит в инжекторе. Инжектор устанавливается  на трубу, где будет протекать вода. Вход в инжектор моющего раствора обеспечивается через отверстие определённого диаметра. Вода, протекая по инжектору, создаёт отрицательное давление в месте втекания моющего раствора. Таким образом, обеспечивается определённая пропорция между водой и моющим раствором, поскольку, чем меньше давление воды, тем меньшее отрицательное давление она будет создавать за соплом, поступает моющий раствор, следовательно, меньшее количество моющего вещества попадает в воду. На рисунке 2 изображена схема инжектора.

Рисунок 2 Строение инжектора.

1.2 Выбор регулируемых величин и каналов внесения регулируемых воздействий

Основной  регулируемой величиной системы является время когда клапан находится в открытом состояние. Каждый клапан должен открываться в свое время. Так же необходимо отслеживать минимальный уровень моющего раствора в баке и давление воды.

Для рационального использования воды и моющего вещества был разработан следующий цикл мойки:

- Мойка  насоса без моющего вещества:

а. промывка;

б. мойка  в режиме циркуляции;

в. слив отработанной воды в дренаж;

-Мойка  насоса с моющим веществом:

а. промывка ;

б. мойка  в режиме циркуляции;

в. слив отработанного раствора в дренаж;

-Полоскание  насоса чистой водой:

а. промывка насоса;

б. полоскание в режиме циркуляции;

в. конечная промывка и слив в дренаж.

Благодаря использованию циркуляции воды в системе сокращаются затраты на воду. При этом необходимо следить, чтоб уровень моющего раствора не упал до такого уровня, что его не хватило на один из циклов. Поэтому нужно рассчитать количество моющего вещества для цикла и умножить это число на 2, поскольку есть два цикла мойки с моющим веществом. После этого необходимо установить датчик минимального на отметку соответствующую рассчитанному объёму.  Датчик будет подключаться  напрямую к контроллеру.

Датчик потока воды подключается аналогично датчику минимального уровня к контроллеру. Этот датчик отслеживает наличие воды для того, что бы насос не гонял моющий раствор без воды.

2 Проектно конструкторская часть

2.1 Выбор средств автоматизации

2.1.1 Контроллер

Основой данной системы положен  программируемый контроллер Siemens Simatic S7-300. Выбран именно этот контроллер потому, что он имеет съёмные модули и его просто и удобно монтировать. На рисунке 3 представлен такой контроллер.

Рисунок 3 Siemens Simatic S7-200

Для подключения к контроллеру  датчиков, кнопок и сигнальных лампочек необходимо дополнительно установить съёмный модуль релейных входов и выходов. Подключение этого модулю производится путём установки его на интерфейсную шину. Все элементы автоматики подбираются таким образом, что бы в случае поломки их можно было заменить из имеющихся на предприятии запасных частей.

2.1.2 Пневмораспределители

Контроллер будет выдавать напряжение на выход, которое будет поступать  на пневмоэлектрический клапан (пневмораспределитель) SMC vo307. Выбран данный пневмораспределитель, так как он прост в монтаже, у него низкие электрозатраты, большой диапазон рабочей температуры среды, присутствует влагозащита, тип питаемого напряжения 24В и удобное совместное крепление сразу нескольких пневмораспределителей рядом. На рисунке 4 представлен блок клапанов SMC vo307.

Рисунок 4 Блок пневмораспределителей SMC vo307

Данные пневмораспределители будут  подавать сжатый воздух на клапаны, управляющие водным раствором.

2.1.3 Пневмопривод

Пневмоклапан или пневмопривод представляет собой задвижку с подпружиненным механизмом и пневмодвигателем. Нормальное состояние такого клапана в данной системе – закрытый. В этом положении  пружина расслаблена. При попадание  сжатого в привод, происходит поворот  задвижки на 90˚ и клапан начинает пропускать раствор. При снятии воздушного давления с привода этого клапана, пружина возвращает задвижку в исходное состояние. В качестве такого привода был выбран привод фирмы AWH. Эти приводы отличаются своим качеством частотой срабатывания. Так же эти

 клапаны  имеют различные размеры задвижек, размер привода при этом остается  один и тот же. Это значительно  упрощает замену в случае привода  в случае поломки. Так же  просто подобрать задвижку по  интересующим нас параметрам. Ниже  будет приведена таблица с  указанием различных размеров и типов клапанов, а также сопутствующий ей рисунок с условными обозначениями размеров.

Рисунок 5 Задвижка

Таблица 1 Размеры  задвижек

Таким образом, выбор необходимой нам задвижки упрощается до нахождения необходимого размера в таблице.

2.1.4 Датчик  минимального уровня

На данный момент существует огромный выбор различных  датчиков уровня, среди которых могут  быть: емкостные, ультразвуковые, поплавковые и другие датчики. Поэтому при выборе датчика необходимо учитывать все его достоинства и недостатки, связанные с монтажом, эксплуатацией, надёжностью и ценой. В таблице 2 сведены все достоинства и недостатки датчиков минимального уровня.

Таблица 2 Типы датчиков

Для контроля минимального уровня моющего раствора выбран герконовый датчик уровня CRYDOM. На рисунке 6 изображен такой датчик. В датчиках уровня жидкости полу-поплавкового типа в качестве коммутирующего элемента используются герконы. При достижении жидкостью уровня размещения датчика, поплавок со встроенным магнитом поднимается вместе с уровнем жидкости и замыкает или размыкает контакты геркона. В нашем случае при достижении минимального уровня  датчик

будет замыкать контакты геркона. Для выбора типа датчика необходимо знать, в какой среде он будет использоваться. В данном случае в качестве среды выступает агрессивное моющее средство. Для агрессивной среды лучше использовать корпус из поливинилхлорида. Соответственно тогда модель выбранного датчика будет такова: RSF12V100LE, где RSF – обозначение датчика уровня, 1 – вертикальное исполнение, 2 – корпус из поливинилхлорида, V – тип контактов, 100 – длинна кабеля в сантиметрах, L – тип кабеля (трехжильный AWG22 с ПВХ изоляцией), E – материал прокладки (Силикон).

Рисунок 6 Строение герконового датчика

2.1.5 Датчик  потока

Для определения  наличия воды чистой воды применяется датчик потока. Этот датчик основан на принципе герконового датчика описанного выше. Единственное отличие то что, поплавок должен быть подпружинен, для того чтобы поплавок возвращался в исходное положение. В данном случае  должен будет использован датчик фирмы KSR KUEBLUR, RVM/UM-2, где RVM/UM – обозначение датчика потока, 2 – диаметр трубы в дюймах. На рисунке 7 изображен такой датчик.

Рисунок 7 Датчик потока

2.1.6 Блок  питания

Вся эта  система должна питаться постоянным током 24В. Поэтому в систему включен блок питания, трансформирующий напряжение с 220 вольт переменного тока на 24В постоянного.

В качестве блока питания выбран блок питания  фирмы ОВЕН. Блок питания БП60Б-Д4-24 очень прост в установке и  подключении.

Данный  блок питания имеет защиту короткого  замыкания, стабилизацию выходного  напряжения, а так же защиту от радиопомех. При всём этом этот блок питания стоит сравнительно дешево.  На рисунке 8 изображен блок питания БП60Б-Д4-24.

Рисунок 8 Блок питания БП60Б-Д4-24

2.3 Выбор кабелей проводов, защитных  труб и труб пневмосистемы.

Для проведения монтажных  работ связанных с автоматизацией лущильной линии потребуются  следующие типы кабелей и проводов:

1 кабель ВВГ – силовой  кабель с медными жилами и  с поливинилхлоридной изоляцией  и оболочкой. Предназначен для  прокладки в сухих и влажных  производственных помещениях, на  специальных кабельных эстакадах,  а также для прокладки на  открытом воздухе. Кабели марки  ВВГ не распространяют горение  при одиночной прокладке. Токопроводящая  жила – медная многопроволочная  круглой формы. Изолированные  жилы многожильных кабелей имеют  отличительную расцветку. Изоляция  нулевых жил выполняется голубым цветом. Изоляция жил заземления выполняется двухцветной зелёно – жёлтой расцветкой. Температурный диапазон эксплуатации от – 50 до +50^оС. Минимальный радиус изгиба при прокладке 7,5 наружных диаметров. В данном случае будет использован кабель ВВГ 3x1,5мм² для подключения к сети питания блока питания;

2 кабель МКЭШ – кабель  монтажный многожильный с пластмассовой  изоляцией. Применяется для фиксированного  межприборного монтажа электрических  устройств. Кабель устойчив к  вибрационным нагрузкам, механическому  удару одиночного или многократного  действия. Кабель выдерживает температуру  от – 50 до +70^оС и влажность воздуха до 98% при температуре +35^оС. Кабель МКЭШ 3x0,35мм² будет использован для подключения конечных выключателей, световой сигнализации и датчиков;

3 провод МГШВ – провод  с волокнистой и поливинилхлоридной  изоляцией. Токопроводящая жила  выполнена из скрученных медных  лужёных проволок. Рабочая температура  среды от – 50 до +70^оС. Устойчив к вибрациям, атмосферным осадкам, статической пыли, солнечному излучению, воздействию бензина, минерального масла и солёной воды, не распространяет горение. Будет использован для подключения приборов внутри щита.

Для подключения пневмораспределителей  и пневмоклапанов к пневматической системе и между собой будет  использован полиуретановые трубки фирмы SMC. Из ряда предоставленных трубок мы выбираем модель TU0604BU, где TU – материал (полиуретан); 06 – внешний диаметр; 04 – внутренний диаметр; BU – цвет исполнения. Эти трубки соединяются при помощи различных фитингов в данном случае резьбовых и имеют малый радиус изгиба до 15 мм.

2.4 Выбор щита

Для монтажа  оборудования и сигнализации в данном случае будут выбраны щит ЩРН48 и пульт управления, изготовленный из листа нержавеющей стали на котором будут смонтированы кнопки и световая сигнализация. Для уменьшения количества отверстий в панели используются кнопки с встроенными лампочками. Эти лампочки монтируются согласно названию кнопок.

Щит ЩРН 48 имеет габаритные размеры 610х300х120. Это щит со степенью IP 54.

Обозначение «IP» (International Protection — Международная  защита) принято Международной электрической  комиссией (МЭК) в качестве стандарта  защиты изделий (МЭК — 529-89).

После обозначения  «IP» является обязательным указание двух характеристических цифр. Первая характеристическая цифра (от 0 до 6) обозначает степень защиты от попадания внутрь посторонних твердых тел таблица 3.

Таблица 3 Расшифровка первой цифры IP - защиты

Вторая  характеристическая цифра обозначает степень защиты, обеспечиваемую корпусом прибора от вредного воздействия  воды на работу измерителя. В таблице 4 приведены краткое описание и определение защиты для каждой степени, представленной второй характеристической цифрой.

Таблица 4Расшифровка второй цифры IP – защиты

Продолжение таблицы 4

Испытания на соответствие второй характеристической цифре проводят на пресной воде. Такие испытания на технической  воде высокого давления или растворителях  не представительны.

Основными преимуществами данного щита являются:

-новая конструкция изделия, предотвращающая доступ к токопроводящим элементам;

-высококачественное итальянское порошковое покрытие;

-высококачественная российская сталь толщиной 0,9 мм.

2.5 Описание  работы принципиальной электрической  схемы

Данная  система работает от стандартного напряжения 220 В. При включении автомата QF, ток проходит через предохранители к блоку питания и контроллеру. Блок питания трансформирует переменное напряжение в постоянное напряжение 24 В, которое подаётся на кнопки пуск и стоп, а так же непосредственно в контроллер, для питание подключаемых к нему объектов. Как только напряжение поступает в контроллер, загорается лампочка HL1 «ГОТОВ К РАБОТЕ». При нажатии кнопки SB1 «ПУСК»  в контроллер на его вход подается импульсный сигнал 24 В. Контроллер воспринимает этот сигнал, как начало программы, в которой он поочередно выдает напряжение на выходы, к которым присоединены пневмораспределители. Так же загорается лампочка HL2 «ВЫПОЛНЕНИЕ ПРОГРАММЫ». При завершении всей программы контроллер встает в исходное положение «ГОТОВ К РАБОТЕ». В случае, если необходимо экстренная остановка программы, нажимается SB2 «СТОП». Контроллер воспринимает два типа нажатия этой кнопки: менее 4 секунд и более 4 секунд. Если кнопку держать нажатой кнопку стоп менее 4 секунд контроллер временно приостанавливает выполнение операции, при этом выдавая импульсное напряжение на лампочку SB3 «СТОП». Если держать кнопку нажатой более 4 секунд, то контроллер возвращается в исходное состояние. В случае срабатывания датчика минимального уровня или датчика потока, контроллер приостанавливает программу до тех пор, пока сигнал датчика не вернётся в исходное состояние. Так же загорается лампочка «ОТСУТСТВИЕ ОДНОЙ ИЗ ЖИДКОСТЕЙ» и начинает мигать кнопка «СТОП».

3 Расчетная  часть

При проведении монтажа данной системы будут  использоваться трубы из нержавеющей  стали диаметром 2 дюйма.

Длина труб рассчитывается исходя из расстояния между агрегатными составляющими  баком и дренажной системой.

Все расстояния указаны на рисунке 9, учитывая места  расположения клапанов.

Рисунок 9 Схема расположения объектов