Камера Семенова

Введение

Автоматизация производства - основа развития современной промышленности. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Важнейшей предпосылкой автоматизации является совершенная  технология производства. Главное требование, которое п

редъявляют при автоматизации  к технологии, - это обеспечение  непрерывности технологического процесса и целесообразное расположение оборудования в соответствии с направлением энергетических и материальных потоков. Чем полнее соответствует технологический процесс этим требованиям, тем выше экономическая эффективность автоматизации.

Существенное повышение  эффективности строительного производства обеспечивается путем постоянного совершенствования технологии, организации, управления и используемого оборудования. Одновременно основное значение в указанных видах работ приобретает не только механизация, но и автоматизация, и роботизация строительного производства.

Автоматизация процесса тепловой обработки строительных материалов и изделий является одним из важнейших  направлений автоматизации. Применение различных датчиков, регуляторов, вторичных приборов позволяет осуществлять более точный контроль за тепловым процессом и значительно снизить трудоемкость этих процессов. Автоматическое регулирование позволяет четко соблюсти режим тепловой обработки, снизить трудоемкость наблюдения и регулирования тепловых процессов.

 

 

 

 

1. Краткая характеристика автоматизации.

Технологическая схема работы установки

При автоматизированных процессах различают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная автоматизация предусматривает применение автоматического оборудования, приборов и устройств на отдельных, преимущественно основных производственных операциях.

Наиболее распространенными  агрегатами периодического действия, осуществляющими тепловлажностную обработку железобетонных изделий, являются пропарочные камеры.

Допустимая максимальная скорость подъема температуры среды в камере составляет от 20 до 25°С/час. Автоматизацию тепловых процессов пропарочных камер наиболее целесообразно осуществлять по температуре изделия, но отсутствие измерительной аппаратуры для этой цели вынуждает управлять процессом по температуре паровоздушной среды, окружающей обрабатываемое изделие.

Режим тепловлажностной обработки изделий в пропарочной  камере характеризуется изменением температуры паровоздушной среды. При этом делается допущение, что нагрев изделий равномерный, а условия по всему объему камеры одинаковые.

Основной задачей автоматизации  пропарочных камер является автоматическое программное регулирование теплового режима паровоздушной среды в камере с целью получения необходимой прочности железобетонных изделий при минимальной затрате энергии и времени. Наряду с этим осуществляется автоматический контроль параметров пара, подводимого к объекту и находящегося внутри камеры.

В данном проекте автоматизации  подлежит процесс тепловлажностной обработки железобетонных плит перекрытия в пропарочной камере конструкции Л. А. Семенова (рисунок 1). Технология производства плит перекрытия – агрегатно-поточная. Плиты предварительно напряженные с круглыми пустотами, геометрические размеры 6000×1800×220 мм.

 

 

Рисунок 1. Пропарочная камера Л. А. Семенова.

1 – магистральный  паропровод;

2 – регулятор прямого  действия РПД – С – II;

3 – нижние перфорированные  трубы;

4 – верхние перфорированные  трубы;

5 – обводная линия;

6 – обратная труба  ø108 мм;

7 – гидравлический клапан;

8 – контрольный конденсатор;

9 – водопровод;

10 – труба для отвода  воды из контрольного конденсатора;

11 – впускной затвор;

12 – вентилятор.

 

Пропарочная камера ямного типа представляет собой заглубленную в землю камеру, которая на 0.5 м выше уровня пола, в ней отформованные изделия подвергаются тепловлажностной обработке в периодическом процессе. Сами камеры просты в изготовлении и поэтому имеют большое распространение на заводах. Размеры камеры в плане составляют 6600×2400мм, высота камеры составляет 2100 мм.

Пол камеры – бетонный с гидроизоляцией на утеплённом слое. Для стока конденсата через гидравлический затвор в канализацию пол должен иметь уклон: 0,005 – 0,01.Стены выполнены из керамзитобетона, толщина стен 200мм.

В камерах Л. А. Семёнова перфорированные паропроводы укладываются по периферии камеры внизу и вверху. Задача верхнего паропровода – подавать пар сверху через малые отверстия (диаметр 2 – 4 мм с шагом 150 – 200 мм), чтобы он, медленно опускаясь книзу, вытеснял воздух из камеры в конце периода нагрева, что позволяет создать атмосферу чистого пара и довести температуру в камере до 100 °С.

Воздух вытесняется  через обратную трубу, имеющую входное  отверстие внизу камеры, а выходное с наружной её стороны. Благодаря  этой трубе давление внутри камеры при первичном пуске её в работу не нарастает, и устраняются колебания давления при изменении подачи пара.

Чтобы контролировать непрерывное  удаление воздуха через обратную трубу, в камере Л. А. Семёнова на верхнем  обрезе обратной трубы размещается контрольный конденсатор. Пуск пара в камеру автоматизирован по сигналу контрольного конденсатора. При избытке пара повышаются температура и давление паров метилового спирта, заключенного в термобаллоне манометрической трубки, укрепленном в змеевике. Повышение давление передается под диафрагму регулятора пара. Впускной клапан прикрывается и в камеру поступает меньше пара.  

Для сообщения с наружным воздухом и обеспечения выхода паровоздушной  смеси из камеры, она оборудована  обратной трубой.

Давление паровоздушной  смеси в камере следует держать  в пределах 10 – 50 Н/м², предусмотрев все необходимые мероприятия по герметизации её ограждений и не допуская появления вакуума.

 

Основные  параметры ямной камеры конструкции Л. А. Семенова:

-габариты камеры 7200 х 3000 х 2000 мм;

- показатели в режиме ТВО: нагрев изделий - 4 часа; изотермический прогрев - 6 часов; охлаждение - 2 часа;

- температура изотермического прогрева 80°С;

- удельный расход пара 190 кг/м³.

 

2. Разработка  задания на автоматизацию

2.1. Составление схемы-задания

На рисунке 2 приведена  схема-задание, составленная по результатам  анализа ямной камеры конструкции Л. А. Семенова. Сверху схемы-задания показаны линии, которые условно обозначают вид необходимой автоматизации:

 Рисунок 2 – Схема-задание на автоматизацию ямной камеры конструкции Л. А. Семенова.

 

АК - автоматический контроль;

АР - автоматическое регулирование;

ЛПУ - логико-программное  управление.

Под линиями, обозначающими  виды автоматизации, вычерчивается  схема пропарочной камеры. Под камерой располагаются горизонтальные линии, условно обозначающие параметры установки, подвергаемые автоматизации. Эти линии, число которых соответствует количеству регулируемых параметров, обозначены так: Т - температура; Р - давление; G - расход.

Таким образом, на схеме-задании  вертикальной линией I задается автоматический контроль, регулирование и управление температурой.

Вертикальной линией II задается автоматический контроль давления пара.

Вертикальной линией III задается автоматический контроль расхода пара в камере.

Схема-задание с ее описанием является основным документом для разработки автоматической системы управления технологическим процессом.

 

2.2. Разработка системы автоматического  контроля

Автоматические системы, выполняющие функции контроля, называются автоматическими системами контроля. Под контролем понимается процесс получения информации о состоянии объекта путем сравнения значений измеряемых параметров с допустимыми.

На рисунке 3 показана блок-схема системы автоматического контроля.

В блок-схеме системы  автоматического контроля контролируемая величина с объекта, осуществляющий производственный процесс, подается на датчик, передающий сигнал на сравнивающее устройство (анализатор). В анализаторе происходит сравнение входного сигнала с сигналом заданного значения. При несовпадении этих сигналов анализатор посылает сигнал об отклонении контролируемой величины от заданного параметра. После прохождения усилителя сигнал поступает на сигнальный преобразователь.

 

 

 

Рисунок 3 - блок-схема системы автоматического контроля:

α - входной сигнал; α _l - передающий сигнал; α ₂ - сигнал заданного значения;

∆ α - отклонение от заданного сигнала; ∆α _l - выходной сигнал.

 

Автоматический контроль и регистрацию температуры среды  осуществляют с помощью терморезисторов ТР1 и ТР2 и электронного моста ЭМП-209М2.

В данной установке предпочтительно  применение двухпозиционного регулирования. Для этого применяется регулятор  А650-01. Регулирование температурного режима по заданной программе осуществляется за счет изменения количества пара, подаваемого в камеру по командам от программного регулятора температуры. Датчики температуры паровоздушной среды (терморезисторы ТР1 и ТР2) установлены в рабочем пространстве камеры. В качестве исполнительного механизма применяется электромагнитный привод. Термовлажностная обработка производится при давлении пара в сети в пределах 0,06—0,08 МПа (0,6—0,8 кгс/см²). С этой целью на общей паровой магистрали устанавливается регулятор давления прямого действия РД. При понижении давления пара до 0,04 МПа (0,4 кгс/см²) сигнализатор падения давления Р отключает регулятор от электрической сети на время нарушения парового режима. Одновременно включается; счетчик Сч учета времени простоя ямной камеры из-за пониженного давления пара. Изменение температуры в пропарочной камере в процессе термовлажностной обработки записывается на диаграмме прибора. Потребление пара камерой измеряется расходомером, состоящим из диафрагмы ДП, разделительного сосуда СП, дифманометра ДМ. Регистрация и запись показателей производится непрерывно прибором А650-01.

2.3. Разработка систем автоматического  регулирования

 

Рисунок 4 - Блок-схема автоматического регулятора А650-01:

1. объект управления; 2- мост регулятора; 3 – трехкаскадный усилитель;

4- фазочувствительный  каскад; 5 - исполнительный механизм; 6 - регулирующий орган; 7 - измерительный мост; 8 - измерительный прибор; 9 - программное устройство.

Для автоматического  регулирования температуры по заданной программе в процессе тепловлажностной обработки железобетонных изделий предназначен электронный программный регулятор А650-01.

Прибор рассчитан для  работы при температуре окружающей среды от +5 до +50°С и относительной влажности до 80%.

 

 

2.4. Разработка  алгоритма управления

Процессы, происходящие в пропарочной камере, циклически повторяются в определенной последовательности. При автоматическом управлении камеры управляющие устройства осуществляют заданную логическую последовательность включения и отключения исполнительных механизмов. Такие системы называют автоматическими системами логико-программного управления.

Синтез системы логико-программного управления выполняется по частям, для чего выделяются цепи воздействий  на каждый исполнительный механизм. Можно выделить следующие блоки: блоки формирования командных сигналов; блоки формирования управляющих сигналов; блоки выходных коммутаторов.

Входные и выходные сигналы  каждого блока могут принимать  только два значения (двоичные сигналы), условно соответствующие 1 или 0. Командные сигналы задают интервалы времени работы исполнительного механизма в различных режимах. Управляющие сигналы определяют характер воздействий на исполнительный механизм. Выходные коммутаторы подключают обмотки исполнительного механизма к питающей цепи при воздействии управляющих сигналов.

Рисунок 5 - Блок-схема управления процессом регулирования температуры:

1 - начало; 2 - контроль  наличия подачи пара; 3 - контроль  соответствия заданной температуры с температурой греющей среды; 4 - подалгоритм включения подачи пара; 5 -регулирования подачи пара; 6 - подалгоритм остановки подачи пара; 7 - конец.

 

2.5. Разработка системы автоматической  защиты

При автоматизации технологических  процессов большое значение имеют  устройства сигнализации, предназначенные для извещения обслуживающего персонала о состоянии контролируемых объектов.

Аварийно-предупредительная  сигнализация служит для подачи сигнала  о ненормальной работе установки, переведенной на автоматическое управление.

Сигналы обычно бывают звуковые и световые. Звуковые сигналы привлекают внимание дежурного. Световые сигналы расшифровывают характер неисправности и указывают объект, где произошла неисправность.

Для безопасной работы камеры в процессе пропаривания предусматривают автоматическое отключение камеры для предотвращения выхода брака и аварийных ситуаций в процессе пропаривания изделий.

При падении давления в пропарочной камере камера переключается  с автоматического на ручной режим работы. При этом на щите КИП загорается сигнальная лампа ЛС-53.

При разгерметизации  паропровода отключается подача пара, и после удаления неисправности вновь включается автоматический режим.

В системе автоматики также предусмотрено дистанционное  управление регулирующим электромагнитным клапаном на случай выхода из строя регулятора. Дистанционное управление осуществляется оператором с помощью пусковых кнопок, располагающихся на щите вторичного прибора А650-01

 

3. Функциональная  схема автоматизации

Основными элементами системы  являются:

1)  регулятор температуры  А650-01;

2) командный электропневматический прибор КЭП-12У на 12 электрических цепей;

3) термометры сопротивления  медные;

4) электронный мост ЭМП-209М2 на 24 точки;

5) электроконтактный манометр ЭКМ-1;

6) расходомер, состоящий из мембранного дифманометра и вторичного электронного прибора ЭПИД-02;

7) регулятор давления прямого действия;

8) электромагнитный клапан;

9) исполнительный электрический механизм ИМ-2/120 с дроссельной заслонкой.

Рисунок 6 – Функциональная схема автоматизации пропарочной камеры Л. А. Семенова.

Камера конструкции  Л. А. Семенова работает с двумя регистрами, регулятор А650-01, предназначенный для контроля и автоматического регулирования температуры по заданной программе в процессе тепло-влажностной обработки железобетонных изделий, управляет работой двух исполнительных механизмов, установленных на каждом регистре.

Двухканальный прибор А650-01 имеются две следящие системы. Прибор имеет щитовое исполнение. Все модули и блоки приборов монтируются на каркасе. На лицевой панели каркаса укреплены шкалы прибора, выводятся клавиши переключателей: "Сеть", "Скорость диаграммы", "Реверс". В верхней части прибора расположены клавиши "цикл регистрации" и "включение регистрации".

В качестве исполнительного  механизма в схеме приведен вентиль переменного тока с электромагнитным приводом. Когда загружено изделие, камеру закрывают и нажатием кнопки  включают в работу электропневматический командный прибор КЭП-12У. Если автоматическая система готова к работе, то через контакт Х-КЭП-2 командного прибора и шайбу универсального переключателя УП включается программный регулятор А650-01. Регулятор в зависимости от заданной и фактической температуры воздействует через выходные контакты и на электромагнитный вентиль 1СВВ-Х. Программное задание температуры осуществляется при помощи реостатного датчика. Движок его кинематически связан с роликом, перемещающимся по диску, профиль которого соответствует определенной программе. Диск представляет собой профилированную по периметру пластину из текстолита или твердого картона толщиной 2 мм. Каждый регулятор имеет три типовых диска, рассчитанных на подъем температуры от 20 до 100°С со скоростями 20, 30 и 40 °С/час. Получая команду от того или иного контакта регулятора, электромагнитный вентиль закрывает или открывает доступ пара в камеру и тем самым регулирует процесс пропаривания изделий.

По окончании изотермического  процесса посредством размыкания контактов командного прибора Х-КЭП-2 выключается регулятор. Схема построена так, что одновременно с размыканием контактов Х-КЭП-2 замыкаются контакты прибора Х-КЭП-3, которые включают исполнительный механизм ИМ. Последний открывает шиберное устройство для отсоса паровоздушной смеси из камеры, благодаря чему ускоряется процесс остывания изделий.

После необходимого времени  для остывания изделий через  контакт Х-КЭП-4 включается обмотка  исполнительного механизма на закрытие шибера и перекрывается отсос паровоздушной смеси из камеры. Продолжительность цикла пропаривания регулируется колоколом и скользящей шестерней распределительного вала прибора КЭП-12У. Тепловлажностная обработка производится при давлении пара в сети в пределах 0,07 МПа. С этой целью на общей паровой магистрали устанавливается регулятор давления прямого действия РД. При понижении давления пара до 0,04 МПа сигнализатор падения давления отключает регулятор от электрической сети на время нарушения парового режима. Одновременно включается счетчик учета времени простоя пропарочной камеры из-за пониженного давления пара. Изменение температуры в камере в процессе тепловлажностной обработки изделий записывается на диаграмме прибора А650-01.

 

4. Принципиальная схема автоматизации.

 

Рисунок 7 – Принципиальная схема регулирования температуры в ямной камере.

1-эжектор, 2-линия подачи пара, 3-электромагнитный вентиль, 4-дифманометр, 5-вторичный записывающий прибор, 6-электронный автоматический мост, 7-регулятор.

 

 

 

 

 

 

5. Выбор технических  средств автоматики

Для оперативного контроля за состоянием технологического процесса выбирают технические средства оперативной информации, к которым относятся первичные и вторичные измерительные приборы, показывающие и регистрирующие, экран дисплея, печатающие устройства.

Основным назначением  датчиков является измерение и преобразование контролируемого технологического параметра (температуры, давления, расхода) в стандартный сигнал (электрический, пневматический или гидравлический).

5.1. Выбор первичных приборов

Термометр сопротивления (медный) ТСМ-1 применяют для измерения температуры в пределах -200...+650°С. Их действие основано на свойстве металлов увеличивать электрическое сопротивление при нагревании. Номинальное сопротивление при 0°С - 46 Ом. Обозначение градуировки 21 Гр.

Диафрагма камерная ДН-64 применяется для измерения расхода  пара в трубопроводе. Условное статическое давление 6,4 МПа.

Для работы в комплекте  с диафрагмой применяют дифференциальные манометры ДМ, которые градуируют в единицах расхода. Дифманометр ДМ предназначен для измерения перепада давления и снабжены дифференциально-трансформаторным преобразователем и является бесшкальным прибором.

Электроконтактные манометры  ЭКМ-1 являются позиционными регуляторами. Их используют для регулирования давления пара. Предел измерения 1...60 кгс/см². класс точности 2,5.

Электромагнитный клапан влияет на расход пара в пропарочной камере. Работа электромагнитного клапана заключается в дросселировании потока пара путем увеличения или уменьшения проходного сечения [6].

 

5.2. Выбор вторичных приборов

Вторичный прибор с  дифференциально-трансформаторной схемой применяют для измерения давления на больших расстояниях (более 50 м). Манометр-датчик, устанавливаемый у пропарочной камеры, преобразует измеряемое давление в пропорциональную величину давления, которая перемещает стрелку вторичного прибора. Вторичный прибор имеет шкалу, аналогичную шкале датчика.

Автоматический самопишущий  и регулирующий потенциометр ЭПД предназначен для непрерывного измерения, записи и регулирования температуры. Предел измерения 0.. .400°С [6].

Электронный автоматический самопишущий мост ЭМП-209М2 работает на переменном токе, предназначен для постоянного или периодического измерения и записи температуры. Предел показаний 0... 150°С. Класс точности 0,5 [5].

 

 

 

Заключение

Автоматизация дает возможность  получить высокую производительность труда, поскольку практически отсутствует зависимость между производительностью пропарочной камеры и интенсивностью труда человека. Автоматизирование производства железобетонных изделий повышает эффективность труда. К эффективности труда относят:

- облегчение труда рабочих;

- улучшение санитарно-гигиенических условий;

- улучшение качества продукции;

- себестоимости изделий.

Система автоматизации  пропарочной камеры предусматривает  возможность перехода с автоматического  на дистанционное управление соленоидными клапанами и шиберными устройствами во время ремонта автоматических устройств или в аварийных случаях. Переход от автоматического на дистанционное управление осуществляется универсальными переключателями. Внедрение системы автоматизации позволило сократить срок пропаривания изделий, увеличить оборачиваемость камер, уменьшить расход пара.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Нечаев Г.К., Пух А.П., Ружичка В.А. Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии: Учебник для ВУЗов/Под 
ред. Г.К. Нечаева. - Киев: Высшая школа, 1979. - 280 с.

2. Боронихин А.С., Гризак Ю.С. Основы автоматизации производства, вычислительная техника и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов: Учебное пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1981. - 343 с.

3. Добронравов С.С., Дронов В.Г. Строительные машины и основы автоматизации: Учебник для строительных вузов. - М.: Высшая школа, 2001. - 575 с.

4. А.И. Леенсон. Автоматизация процессов сушки, обжига, пропаривания и 
запаривания на заводах строительных изделий. - М.: Стройиздат, 1968.

5. Зеличенок Г.Г. Автоматизация технологических процессов и учета на пред 
приятиях строительной индустрии: Учебное пособие для ВУЗов. - М.: 
Высшая школа, 1975. - 351 с.

6. Боронихин А.С., Гризак Ю.С. Основы автоматизации производства, вычислительная техника и контрольно-измерительные приборы на предприятиях 
промышленности строительных материалов: Учебное пособие для техникумов. - М.: Стройиздат, 1969. - 352 с.

7. Кокшарев В.Н., Кучеренко А.А. Тепловые установки: Учебник. - Киев: 
Высшая школа, 1990.

8. http : \\ www.kipkr.ru