Автоматизация процессов производства железобетонных изделий. 2

Министерство образования  Республики Беларусь

 

 

Белорусский национальный технический университет 

Кафедра «Мосты и тоннели» 

 

Дисциплина «Технология  производства конструкций мостов и  тоннелей»

 

 

 

Реферат на тему: «АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовил: ст.гр.114510 Апет.В.О 
Проверил: проф. Ляхевич Г.Д

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2013

 

Содержание

Введение 4

Анализ основных тенденций развития датчиковой аппаратуры 4

Аналитический обзор 7

Создание автоматизированной системы контроля и управления качеством в производстве сборного железобетона 7

Адаптивные методы прогнозирования 8

Технологические переделы 11

Автоматизация производства 12

Процесс изготовления арматуры 12

Процесс формования 14

Процесс тепловлажностной обработки 16

Заключение 18

Список использованной литературы 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Анализ основных тенденций  развития датчиковой аппаратуры

В настоящее  время в России и за рубежом  создан широкий спектр датчиков физических величин, основанных на различных эффектах.

По мере того, как растет применение электроники, все большее значение приобретают  датчики, которые играют роль посредников  между окружающим нас аналоговым миром и цифровыми системами  обработки информации о признаках  этого мира. Поэтому неудивительно, что изготовитель датчиков, стараясь расширить возможности своих  устройств, обращаются к технологии интегральных схем, т.е. к созданию полупроводниковых (ПП) (микроэлектронных) датчиков, которые  со встроенными функциональными  элементами становятся все более  похожими на интегральные микросхемы.

Микроэлектронные датчики (МЭД), объединяющие датчики полупроводниковые и на основе материалов, используемых в микроэлектронике, бесспорно, представляют одно из самых перспективных направлений развития этого класса изделий, поскольку позволяют реализовать новейшие достижения в области строительной технологии.

Можно предположить, что ПП датчики будут развиваться  по трем направлениям: дальнейшее повышение  уровня интеграции и распространение  интегральной технологии; комбинирование нескольких датчиков в одном корпусе (на одном кристалле); «интеллектуализация» датчика.

Основным  технологическим материалом для  изготовления МЭД в настоящее  время остается кремний. Хотя известны работы по созданию датчиков на арсениде галлия, сегнетоэлектриках, высокотемпературных  сверхпроводниках и др.

В то же время, возможности кремния далеко не исчерпаны, а воспроизводимость результатов на его основе пока не имеет себе равных. На основе кремниевых технологий, реализующих свойства полупроводников с собственной проводимостью, возможно воспроизведение тензоэлектрических, пьезоэлектрических, резистивных, терморезистивных, термоэлектрических, емкостных, индукционных и других физических эффектов.

Кремний доминирует в качестве материала  для МЭД, поскольку обеспечивает высокую стабильность и незначительный дрейф характеристик, в том числе  вследствие высокой упругости. Кремний  отличают хорошие пьезоэлектрические свойства, высокая чувствительность к изменению характеристик внешних  воздействующих факторов, включая температуру, влагу, радиацию, давление.

Важнейшее значение имеет и тот факт, что  чувствительные элементы на кремнии  хорошо согласуются и могут быть интегрированы в МЭД совместно  с устройством усиления и нормирования сигналов, подавления шумов и помех, компенсации погрешностей и дрейфов. Это позволяет рассматривать МЭД, как элементы электронной техники, обладающие унифицированными и нормируемыми характеристиками.

Основными разновидностями таких датчиков являются преобразователи на основе полупроводников с собственной  проводимостью и датчики, изготовленные  по тонко- и толстопленочной технологии, причем оба типа могут использовать самые различные физические эффекты: тензо - и пьезоэлектрические и резистивные, терморезистивные и термоэлектрические и др. Тонкопленочные датчики позволяют создавать миниатюрные преобразователи площадью всего несколько квадратных сантиметров и толщиной — единицы миллиметров, с расстояниями между токоведущими дорожками - 0,1...1 мм. Создание таких датчиков стало возможным за счет применения керамических подложек и стеклообразного спекания слоев, поэтому такие датчики обладают высокой прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред, небольшими массогабаритными характеристиками и стоимостью. Такой датчик может работать в диапазоне давления от единиц до сотен МПа и температуры - 60...400°С.

Тонкопленочные  МЭД сохраняют работоспособность  в широком диапазоне температур, в условиях воздействия газовых  потоков со скоростью 120 км/час, вибраций на частотах до 10 кГц, линейных нагрузок до 100 г и более. Они могут быть выполнены на керамической и кремниевой подложках, в поликремниевых слоях на поверхности кристаллов интегральных и гибридных схем. Стабильность тонкопленочных МЭД может быть доведена до 0,05...0,1% в год.

Тонкопленочные  датчики позволяют создавать  сравнительно миниатюрные конструкции  с площадью до 1 см² и толщиной пленки на керамической подложке до 1 мм. Расстояние между их токоведущими подложками не превышает 10...100 мкм, а погрешности 0,1..0,001%.

Парк датчиков в перспективе до 2005 года будет развиваться по следующим основным направлениям:

1. «Интеллектуализация» датчиков: введение в контур датчиков микропроцессорных средств обработки измерительной информации и пассивных структурно-избыточных элементов.
2. Синтез волоконно-оптических датчиков различных физических величин и средств сопряжения с объектами измерений.
3. Широкое внедрение в производство традиционных типов датчиков, изготавливаемых по технологии интегральных микросхем и синтез на этой основе рядов полупроводниковых, интегральных датчиков различных физических величин. []

Такой резкий рост потребности в датчиках самых разнообразных физических величин, вызван ведущей тенденцией современного развития всех областей техники, заключающейся в автоматизации процессов управления, контроля, диагностирования и т.д.

В данной работе рассматривается автоматизация процессов производства железобетонных изделий (труб). Следовательно, требуется: описание функциональной схемы автоматизации, методов измерения технологических параметров, основных технических средств автоматизации и т.д. А также описание использования микропроцессорной техники, особенностей программного обеспечения и типов применяемых контроллеров.

 

Аналитический обзор

Создание автоматизированной системы контроля и управления качеством в производстве сборного железобетона

Эффективность управления производством в современных  условиях в значительной мере определяется наличием методов и технических  средств управления качеством продукции  на всех стадиях технологического процесса. Задачи управления качеством продукции, оптимизации технологических процессов решаются на базе комплексной автоматизации производства, широкого внедрения систем и средств автоматизации. Одним из основных условий успешного решения задач автоматизации производства является обеспечение систем автоматического управления технологическими средствами оперативного автоматического контроля параметров-характеристик автоматизированных технологических процессов − физических, химических и других величин, информация о которых необходима для обеспечения оптимального управления тем или иным процессом. Степень обеспеченности технологического процесса такими средствами наряду с уровнем механизации автоматизированного производства (процесса, передела) и достигаемые технико-экономические эффекты являются определяющими, а зачастую, и лимитирующими при оценке возможности и целесообразности организации автоматизированного управления, создания конкретных систем автоматизации в производстве сборного железобетона.

Автоматизация технологического процесса производства железобетона требует использования  автоматизированных средств для контроля основных возмущающих воздействий и качественных характеристик железобетонных изделий, информация от которых может использоваться в целях оптимального управления производством.

При создании автоматизированной системы контроля и управления качеством в производстве сборного железобетона, как и в  других отраслях, необходимо решить ряд  научных и технических задач, связанных с выполнением основных этапов работ:

1. Провести изучение особенностей (идентификацию) объекта управления;
2. Сформулировать основные цели, ставящиеся перед создаваемой системой контроля и управления;
3. Выполнить технико-экономическое обоснование целесообразности создания АСУ ТП;
4. Разработать рациональную структуру системы;
5. Разработать алгоритмы обработки информации и управления;
6. Определить состав технических средств, необходимых для реализации системы, и подобрать серийно-выпускаемые; подготовить исходные требования на подлежащие разработке устройства и аппаратуру контроля и управления;
7. Создать новые устройства контроля и средства автоматизации; провести экспериментальные исследования по проверке принципов построения системы, разработанных алгоритмов, а также созданных средств автоматизации и приборов контроля;
8. Разработать проект системы, включая математическое и информационное обеспечение, а также комплекс технических средств;
9. Решить вопросы метрологического, а при необходимости и правового обеспечения системы;
10. Изготовить, смонтировать оборудование, провести пусконаладочные работы и ввести систему в опытно-промышленную эксплуатацию;
11. Провести приемочные испытания системы и ввести ее в постоянную промышленную эксплуатацию;
12. По результатам промышленной эксплуатации выполнить анализ технико-экономической эффективности системы, подготовить предложения по ее совершенствованию и тиражированию.

Следует подчеркнуть, что успех внедрения  автоматизированных систем контроля и  управления, в частности в производстве железобетонных изделий, обусловлен, в  основном, тремя факторами:

1. Степенью  изученности объекта управления  и подготовленностью его к  автоматизации.

2. Наличием  точных высоконадежных и эффективных технических средств (в первую очередь, автоматического контроля), способных длительно работать в режиме Непосредственного управления производством.

3. Наличием  соответствующего математического  обеспечения и эффективных алгоритмов  обработки информации и управления. В ряде случаев стоимость математического  обеспечения составляет 50 ... 75% общих  затрат на создание автоматизированных  систем и существует тенденция  к дальнейшему увеличению этой  доли затрат.

Адаптивные методы прогнозирования

Одним из важнейших направлений повышения  эффективности производства сборного железобетона является совершенствование  существующих и разработка новых  методов прогнозирования. При планировании технико-экономических показателей важной проблемой является повышение точности прогнозов не только на дальнюю, но и ближайшую перспективу. Объективная необходимость повышения качества краткосрочных прогнозов привела к созданию и быстрому развитию адаптивных методов.

Адаптивными методами прогнозирования (АМП) называются методы, позволяющие строить самокорректирующиеся математические модели, которые, учитывая результат реализации прогноза, сделанного на предыдущем шаге, и различную  информационную ценность членов динамического  ряда, способны оперативно реагировать  на изменяющиеся условия и на этой основе давать на ближайшую перспективу  более точные прогнозы.

АМП применяются  там, где основной информацией для  прогноза является отдельный временной  ряд. В случае краткосрочного прогнозирования  наиболее важными являются последние  реализации исследуемого процесса, например данные о мощности на валу бетоносмесителя ряда последних замесов бетона одной рецептуры, тенденция его развития, сложившаяся в среднем на всем периоде предыстории, имеет существенно меньшее значение. Другими словами, свойство динамичности развития процесса здесь преобладает над свойством их инерционности. Вследствие этого более эффективным оказывается применение АМП, учитывающих неравноценность уровней временного ряда.

Для повышения  качества краткосрочных прогнозов  необходимо постоянно сопоставлять прогнозные оценки, полученные на основе модели, с фактическими данными. Практически  все методы инженерного прогнозирования  являются в той или иной степени  адаптивными, поскольку стремятся  использовать ценную информацию результатов  сравнений с. тем, чтобы приспособиться к реальному течению процесса. Однако в традиционных методах, использующих регрессионные модели, кривые роста, степень адаптации невелика, так как они, как правило, используют новую точку динамического ряда лишь для "освежения" модели путем простого перерасчета ее коэффициентов по увеличенному на единицу периоду предыстории. В этом случае ценность вновь поступающей информации с течением времени постоянно падает и, кроме того, не учитывается фактическая величина ошибки прогноза.

Первоначальная  оценка параметров модели обычно осуществляется по некоторой выборке исходного ряда. Все уровни ряда составляют обучающую последовательность, т. е. используются для корректировки параметров текущей прогнозной Последовательность процесса адаптации, состоит в следующем.

Пусть модель находится в некотором исходном состоянии (т. е. определены текущие  значения ее параметров) и по ней  делается прогноз. По истечении одной  единицы времени (шага моделирования) анализируем, насколько далек результат, полученный по модели, от фактического значения ряда. Ошибка прогнозирования  через обратную связь поступает  на вход системы и используется моделью  в соответствии с ее логикой перехода из одного состояния в другое с целью большого согласования своего поведения с динамикой ряда. На изменения ряда модель должна отвечать "компенсирующими" изменениями. Затем делается прогноз на следующий момент времени и весь процесс продолжается до исчерпания фактических уровней ряда.

Таким образом, модель постоянно "впитывает" новую  информацию, приспосабливается к  ней и к концу периода обучения отражает тенденцию развития процесса, существующую на данный момент.

Что касается правил перехода системы от одного состояния к другому, то этот процесс  решается каждым исследователем интуитивно.

Быстроту  реакции адаптивной модели на изменения  в динамике ряда характеризует так  называемый параметр адаптации. Процесс "обучения" модели по ретроспективному материалу происходит в два этапа. На первом этапе определяется наилучшая (оптимальная) величина параметра адаптации, а на втором, используя ее по описанной выше схеме, определяются коэффициенты модели.

Если оптимальную величину параметра адаптации затруднительно определить эмпирически или вывести аналитическим способом, то используют метод проб и ошибок. Задача состоит в нахождении такого значения параметра, которое обеспечивало бы отражение тенденции процесса при одновременной фильтрации случайных отклонений от нее.

Адаптивные  модели достаточно гибки, но не универсальны. Поэтому при построении конкретных моделей необходимо учитывать наиболее вероятные закономерности развития реального процесса, динамические свойства ряда соотносить с возможностями  модели. Исследователь должен закладывать  в модель те адаптивные свойства, которых, по его мнению, хватит для слежения модели за реальным процессом с заданной погрешностью. Вместе с тем нельзя надеяться на успешную самоадаптацию  модели, более общей по отношению  к той, которая необходима для  отражения реального процесса, так  как увеличение числа параметров модели неизбежно приводит к ухудшению  получаемых по ней прогнозов.

Таким образом, при построении адаптивной модели приходится выбирать между общей и частной  моделью, и, учитывая их достоинства  и недостатки, отдавать предпочтение той, от которой можно ожидать  наименьшей ошибки прогнозирования. Только при таком условии можно надеяться, что последовательность проб и ошибок постепенно приведет к наиболее эффективной  прогнозной модели.

Для сравнения  возможных альтернатив необходим  критерий полезности модели. В случае краткосрочного прогнозирования признанным критерием является средний квадрат ошибки прогнозирования. О качестве модели судят по наличию автокорреляции в ошибках. В более развитых системах процесс проб и ошибок осуществляется в результате анализа как последовательных во времени, так и параллельных (конкурирующих) модификаций модели. Здесь используется принцип конкуренции или автоматического отбора (селекции) прогнозной модели по заданному критерию.

Время в  адаптивной модели не является фактором, причинно определяющим развитие исследуемого процесса. Оно является условным "представителем" всей совокупности причинных факторов и выражает эволюцию всего комплекса условий протекания процесса. За счет упрощенного представления исследуемой величины, которая связана с одним лишь фактором − временем, моделирование становится возможным даже при самой скудной информации.

Учитывая  вышеизложенное, можно выделить следующие основные преимущества адаптивных методов и моделей, обеспечивающие широкое поле для их применения:

1. адаптивное прогнозирование не требует обширной информации, оно базируется на интенсивном анализе информации, содержащейся в отдельных временных рядах;
2. модель, описывающая структуру показателя и его динамику, как правило, имеет ясную экономическую интеграцию и простую математическую формулировку;
3. неоднократность временных рядов и их связей находит отражение в адаптивной эволюции параметров или даже в структуре додели.

В сравнении  с системой регрессионных уровней  адаптивные модели могут давать более надежные результаты при краткосрочном прогнозировании.

Однако  сказанное вовсе не означает, что  адаптивные модели могут заменить любые  другие виды моделей. Они пригодны лишь для обработки рядов с умеренными изменениями во времени.

Технологические переделы

Технологический процесс производства железобетонных изделий достаточно сложен, включает в себя несколько переделов, каждый из которых находится под воздействием целого ряда переменных факторов − возмущений, изменяющих ход процесса и, как следствие, качество готовых изделий.

При производстве железобетонных труб основными переделами являются: изготовления арматуры, подготовки и сборки форм, формования изделий и их тепловлажностной обработки, распалубки и контроля качества готовых труб. Для формования труб используют ременную центрифугу с регулируемым числом оборотов. Бетонную смесь укладывают в формы ленточным питателем путем ввода его консоли с питающей лентой в форму и одновременного перемещения питателя по рельсовому пути. После окончания формования форму со свежеотформованным изделием поворачивают в вертикальное положение и устанавливают на место тепловлажностной обработки труб. Режим обработки: выдержка при температуре цеха — 2ч, подъем температуры до 80 — 85 °С —2 ч, изотермический прогрев — 8 ч и охлаждение в формах до распалубки — 2ч.

Готовую трубу после распалубки извлекают из формы и укладывают в цехе на специальные прокладки на месте их выдержки ила на самоходную тележку и вывозят на склад готовой продукции.

Автоматизация, приведенных переделов, обеспечит оптимальное использование сырья, энергии и оборудования для достижения заданных параметров качества выпускаемой продукции.

 

Автоматизация производства

Процесс изготовления арматуры

Технологический процесс изготовления арматуры предусматривает, правку и резку арматурной стали, поставляемой в мотках и прутках, на стержни заданной длины, стыковую сварку и гибку стержней, сварку сеток и каркасов, укрупнительную сборку объемных арматурных блоков, транспортирование их и монтаж в формах.

На заводах  по производству железобетонных конструкций  и изделий применяют поточно-механизированные линии для заготовки и сварки арматурных изделий, включающие устройства для транспортных операций изделий в процессе изготовления.

Для автоматического  управления циклически повторяющимися технологическими процессами необходимо формировать сигналы пуска и  отключения исполнительных механизмов. Поэтому устройство управления этими  процессами должно реализовывать соответствующий  цикл, в каждом этапе которого оно  формирует необходимый сигнал управления. Каждый из управляющих сигналов переводит  машины в режим выполнения соответствующей  ему технологической операции. Для  определения моментов перехода от одного состояния в другое используются либо сигналы, снимаемые с датчиков положения исполнительных механизмов, либо элементы задержки.

Современный уровень развития средств автоматики позволяет автоматизировать работу не только отдельных составляющих технологического процесса изготовления арматурных сеток и каркасов, но и технологических линий, состоящих из станков.

Изготовление  арматурных каркасов и закладных деталей − одна из наиболее трудоемких операций в производстве сборных железобетонных изделий. Для различных технологических процессов и видов изделий трудоемкость этих операций составляет 20...60%. Основные закладные детали и арматурные каркасы изготовляют непосредственно на заводах сборного железобетона в арматурных цехах.

Использование современных систем управления в  арматурных машинах, реализованных  на ЭВМ, позволяет не только повысить эффективность работы, но и благодаря  возможности изготовления арматурных каркасов с произвольным переменным шагом существенно сократить  расход стали. В перспективе технологическое  оборудование арматурных цехов будет  иметь возможность выпуска арматурных каркасов практически любой конфигурации, что позволит на стадии проектирования железобетонных изделий оптимизировать расход металла. Широкое использование  управляющих вычислительных машин в системах автоматизации сварочных, гибочных и других станков при изготовлении различных закладных деталей, стропольных петель, хомутов является основной тенденцией автоматизации арматурных работ. С появлением роботов широко автоматизируются арматурные, операции, связанные с заправкой арматурной проволоки сборочные операции при изготовлении объемных арматурных стержней для предварительно напряженных железобетонных изделий и другие виды работ.

Для автоматизации  внутризаводских транспортных операций созданы принципиально новые  транспортные средства, транспортные работы.

В последние  годы интенсивно развиваются автономные монорельсовые подвесные транспортные средства, снабженные автоматическими грузозахватами. Они управляют электронно-вычислительной машиной, команды от которой передаются в систему управления с помощью специальных троллеев, закрепленных на монорельсе, и пантографа.

На рис. 1.1 представлены в качестве примера сеть монорельсовой подвесной дороги, обеспечивающая автоматическую подачу в формовочный цех арматурных каркасов и закладных деталей. Управляющая вычислительная система ведет учет выработки арматурных каркасов и закладных деталей, наличия их в формовочном цехе, определяет, с какого арматурного или гибочного станка на какую формовочную линию, какой вагонеткой целесообразно (с целью оптимизации энергозатрат или времени на доставку продукции) осуществлять транспортировку, вырабатывает необходимые управляющие команды транспортными развязками и самой вагонеткой.

Управляющая система, обеспеченная средствами автоматической диагностики, прогнозирует возможный  выход из работы механического оборудования, осуществляющего захват и транспортировку  арматурных каркасов и закладных  деталей, а также с целью предупреждения срывов технологического режима производства определяет сроки ремонта и профилактики. Высокая степень надежности механического  оборудования, исполнительных механизмов, полная автоматизация производства и транспортировки позволяет существенно снизить трудоемкость процессов, устранить простои механизмов формовочного цеха, повысить в целом ритмичность производства.

Рисунок 1.1 Транспортировка арматурных каркасов или арматурных модулей

1 – пакет арматурных каркасов; 2 – грузозахват; 3 – подъемник; 4 – система управления;

5 – вагонетка; 6 – троллей; 7 –  пантограф; 8 – монорельс

 

Для использования  роботов при автоматизации арматурного  производства необходимо: обеспечить контейнеризацию арматурных стержней, арматурных каркасов и закладных  деталей: использовать арматурные модули; разработать специальные захваты  для промышленных роботов, обеспечивающих надежное перемещение элементов  железобетонного изделия.

Процесс формования

Процесс формования — важнейший технологический  передел, определяющий производительность всех линий. Задача контроля качества формования на базе формовочных машин — обеспечение требуемой плотности и качества отформованных изделий (плит перекрытий, дорожных плит, стеновых панелей и др.).

Операции, связанные с формованием железобетонных изделий, являются наиболее сложными, трудоемкими и вследствие наличия  значительных вибраций — наиболее вредными для здоровья операторов и  рабочих. Поэтому повышение производительности данного технологического передела является важнейшей задачей совершенствования  технологического процесса в целом.

Полная  автоматизация данного технологического передела базируется на обеспеченности его контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей определить комплекс технологических  параметров процесса формования, таких, как качество зачистки и смазки форм, точность сборки форм, равномерность  распределения бетонной смеси по форме, степень уплотнения бетонной смеси, качество затирки наружной поверхности  и т. п.

При изготовлении железобетонных изделий бетонная смесь  уплотняется и изделиям придается  определенная геометрическая форма  с помощью формовочного оборудования.

Уплотнение  бетонной смеси центрифугированием применяют при изготовлении длинномерных, симметричных относительно продольной оси изделий, например, труб. Основное формовочное оборудование — центрифуги, бетонная смесь в которых уплотняется  при вращении формы с заданной частотой.

Принципиальная  схема автоматизации производства труб методом центрифугирования изображена на рис. 1.2. Управление установкой производится следующим образом. После установки формы Ф с арматурой и заполнения бетонной смесью питателя П оператор включает устройство программного управления, которое с помощью магнитного пускателя 3-1 включает привод движения тележки питателя ТП вперед. Когда питатель займет рабочее положение, появляется сигнал путевого выключателя 2-1 и устройство программного управления отключает привод движения тележки. Ее крайнее положение ограничивается упором У. Одновременно с помощью магнитного пускателя 3-3 включается механизм загрузки. Регулятор скорости 1-1 переводит центрифугу в режим минимальной скорости вращения формы (М - привод вращения формы). В течение определенного интервала времени происходит загрузка во вращающуюся форму порции бетонной смеси и ее распределение.