Материал: Автоматизация тепловлажностной обработки бетона

Автоматизация тепловлажностной обработки бетона

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

"Сибирский государственный индустриальный университет"

Архитектурно-строительный институт

Кафедра автоматизации и информационных систем

Курсовая работа

Дисциплина: "Автоматика и автоматизация производства строительных изделий"

Тема: "Автоматизация тепловлажностной обработки бетона"

Выполнил: ст. гр. СМ-12

Цилих В.А.

Руководитель: к. т. н., доцент

Тараборина <#"867591.files/image001.gif">

Рисунок 1 - Схема горизонтальной пропарочной камеры щелевого типа

t - длина камеры; l_I Z_I, t_I - соответственно длины зон подъема температуры, t_II - изотермической выдержки и t_III охлаждения.

Технологический процесс ТВО состоит из следующих основных операций:

1) Загрузка смонтированных форм в пропарочную камеру;

) Набор необходимого значения температуры по заданному графику процесса ТВО (2-3 часа);

) Выдержка при заданной температуре (изотермия с поддержкой паром, 2-7 часов, 65-90°С);

) Снижение температуры в соответствии с графиком процесса (3-6 часов);

тепловлажностная обработка бетон железобетон

2. Автоматизация тепловлажностной обработки бетона

2.1 Автоматизация системы управления тепловлажностной обработки бетона

Для придания изделиям из бетона заданного комплекса эксплуатационно-прочностных характеристик после формовки они подвергаются термовлажностной обработке.

Автоматизированная система управления технологическим процессом термовлажностной обработки железобетонных изделий (АСУ ТП ТВО ЖБИ) предназначена для сбора, обработки и отображения информации о ходе технологического процесса, организации управления производства ЖБИ в стационарном (нормально установившемся) и динамическом режиме.

АСУ ТП ТВО ЖБИ позволяет проводить:

·              контроль режимов технологического процесса, измерение основных параметров (температуры, избыточного давления, времени обработки, энергопотребление), сбора данных, представление полученной информации о состоянии техпроцесса обслуживающему персоналу завода;

·              автоматическое регулирование:

·              стабилизация отдельных параметров техпроцесса и технологически связанных групп параметров;

·              обеспечение устойчивости протекания техпроцесса и реализации функций управления по стабилизации основных параметров;

·              дистанционное управление регулирующей, отсечной арматурой и технологическим оборудованием;

·              анализ состояния регулирующей и отсечной арматурой и технологическим оборудованием, сигнализация о всех отклонениях от нормального протекания процесса обработки;

·              архивирование измеряемых параметров, действий (бездействий) ответственных лиц с последующей выдачей записываемой информации в необходимом виде: электронном или бумажном.

Установка АСУ ТП ТВО можно использовать для всех способов тепловой обработки ЖБИ в ямных и туннельных камерах, кассетных установках и автоклавах.

Назначение:

Система предназначена для управления технологическим процессом тепловлажностной обработки (ТВО) бетонных изделий.

Объектом управления являются камеры ТВО, в которых железобетонное изделие проходит заданные циклы температурных воздействий. Каждая камера содержит паровой регистр для образования паровоздушной смеси в камере, паровую задвижку для регулировки подачи пара и систему удаления пара, обеспечивающие заданный температурный режим.

Преимущества системы:

·              повышение качества изделий;

·              повышение производительности оборудования;

·              снижение потребления энергоресурсов;

·              уменьшение численности обслуживающего персонала;

·              снижение влияния человеческого фактора в производственном процессе;

·              снижение простоев оборудования.

Основные функции системы управления.

Система автоматического управления обеспечивает:

·              управление процессом по программе, заданной оператором;

·              контроль влажности и температуры в камерах ТВО;

·              автоматическое и дистанционное управление исполнительными механизмами;

·              определение аварийных ситуаций и оповещение о них;

·              контроль параметров технологического процесса и сигнализация об отклонении от технологических требований.

·              визуальный контроль за работой системы на экране компьютера;

·              звуковое оповещение персонала в случае возникновения аварийной ситуации;

·              ведение архива полной информации о работе системы;

·              связь по компьютерной сети с другими компьютерами предприятия, для оперативного обмена информацией (получения рецепта, передача данных);

Состав системы управления.

CАУ состоит из следующих основных частей:

·              программируемый логический контроллер WAGO I/O 750-841;

·              промышленный компьютер с программным обеспечением на основе AdvantiX IPC-SYS1-1;

·              датчики влажности и температуры в камерах ТВО;

·              запорно-регулирующие клапаны пара;

·              датчики температуры, давления и расхода пара;

·              воздушные заслонки на каналах систем вытяжной вентиляции;

·              вытяжные вентиляторы.

Автоматизированное рабочие место оператора.

АРМ оператора построено на основе персонального компьютера и SCADA-системы IPC-SYS1-1 фирмы AdvantiX.

АРМ оператора обеспечивает:

·              визуализация параметров технологического процесса;

·              подача команд оператора в режиме ручного управления;

·              запись информации о параметрах процесса в архив;

·              выявление и регистрация событий и аварий в системе;

·              просмотр текущих и исторических данных в виде трендов;

·              формирование конфигурационной и командной информации;

·              обмен информацией с контроллерами;

·              печать сменных отчетов в форме журнала ТВО.

2.2 Общие системные решения

Структурная схема АСУ ТП ТВО изображена на рисунке 2.

Система делиться на три уровня, и в ее состав входят:

·        Исполнительные устройства, датчики температуры и давления;

·        Шкаф контроллера (ТВО К1);

·        Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора ТВО и инженерная станция.

В каждой из 3х камер установлен один датчик температуры и один отсечной клапан управления подачей пара (два дискретных сигнала управления 220 В и два дискретных сигнала положения). Кроме того, используются несколько сигналов контроля температуры и давления и управления на линиях паропроводов.

Связь контроллера с АРМ оператора и инженерной станцией осуществляется по сети Ethernet.

Верхний уровень системы представлен рабочей станцией, расположенной в помещении лаборатории, обслуживающей технологический процесс.

В рабочую станцию загружено программного обеспечение АРМ оператора.

Для отладочных целей и резервирования АРМ оператора к системе может подключаться компьютер инженерной станции с соответствующем программным обеспечением.

Основная функция системы - это поддержание температуры пара в пропарочных камерах в соответствии с циклограммой, задаваемой оператором. Контроль температуры в камере производится по выходному сигналу термометра сопротивления, рабочая часть которого помещена в камеру. Регулирование температуры пара в камере осуществляется открытием или закрытием клапана, установленного на паропроводе, по которому поступает в камеру пар.

Информация положения клапана, установленного на паропроводе поступает с датчиков положения клапана. Отслеживание заданного циклограммой значения температуры осуществляется автоматически с помощью алгоритма, выполняемого контроллером шкафа ТВО К1.

Контроллер обеспечивает одновременное отслеживание циклограмм. В дистанционном режиме работы системы реализовано ручное управление клапана для управления нагревом или остыванием пара в камере.

АРМ оператора ТВО позволяет контролировать на экране дисплея температуру в каждой камера, положение клапанов, режим работы, предупредительные и аварийные сообщения. По каждой камере осуществляется графическое отображение циклограммы в текущих значениях температуры в камере. В случае необходимости на экране можно отобразить в графическом виде архивные данные о выполненных циклограммах и значениях температур в камерах.

Рисунок 2 - Структурная схема АСУ ТП ТВО

2.3 Комплекс технических средств

На рисунке 3 показана функциональная схема шкафа ТВО К1.

Основу ТВО К1 составляет модуль программируемого логического контроллера 750-840 фирмы WAGO, который предназначен для работы в локальных и корпоративных сетях по интерфейсу Ethernet. Контроллер совместно с модулями ввода/вывода обеспечивает выполнение основных функций по вводу и первичной обработке информации, а так же отработку основных алгоритмов управления объектом. Контроллер имеет возможность подключения до 64 модулей ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов.

При выполнении основного цикла прикладной программы контроллером 750-841 осуществляется сохранение в его памяти измеренных значений аналоговых сигналов и состояний дискретных входов, а также происходит установка дискретных выходов контроллера в определенных состояниях. Область памяти с сохраненными значениями аналоговых и дискретных сигналов по запросу может быть передана по сети Ethernet на АРМ оператора. Для формирования запросов используется протокол прикладного уровня Modbus. Транспортная функция реализованная с использованием протокола TCP/IP. Для установки дискретных выходов в определенные состояния используются внешние запросы, которые записываются в фиксированную область памяти контроллера образ состояния дискретных выходов.

При выполнении очередного основного цикла программы контроллер считывает из памяти этот образ и устанавливает дискретные выходы в определенные состояния.

В ходе основного цикла программы контроллер отрабатывает ряд алгоритмов по поддержанию температуры в камерах в соответствии со значениями, заданными циклограммами.

Ввод и вывод информации в контроллер от объекта управления осуществляется через модули ввода/вывода серии 750-XXX системы WAGO I/O. Аналоговые сигналы 4…20 мА от датчиков поступают на входы модулей аналогового ввода серии 750-452. Дискретные входные сигналы с выходов типа "сухой" контакт проходят непосредственно от датчиков, установленных на контролируемом объекте, на модули серии 750-415. Питание цепей датчиков осуществляется от ИВЭП серии БП14Б-Д4.4-24 фирмы ОВЕН и ИВЭП DNR60US24 производства компании XP Power.

Для формирования дискретных сигналов телеуправления в ПТК применяются универсальные реле фирмы Omron серии MY. Реле осуществляют коммутацию внешних цепей с напряжением до 220 В и током до 10А. Управление реле выполняется модулями дискретного вывода серии 750-516. Для ввода напряжения, подаваемого на катушки реле, используются модули 750-610. Напряжение берется от ИВЭП DNR60US24.

Оконечный модуль 750-600 обеспечивает работу системы, замыкая линию адреса внутренней шины; он устанавливается в конце собранного узла контроллера WAGO I/O.

Для обеспечения модуля контроллера 750-841 качественным электропитанием необходим еще один ИВЭП DNR60US24.

Контроллеры и компьютер АРМ объединены в локальную сеть с помощью промышленного коммутатора EDG-6525 фирмы Advantech. EDG-6525 поддерживает восемь интерфейсов 10/100Base-T, обеспечивает полно - и полудуплексный режим передачи данных, автоматическое распознание полярности и типа кабеля в стандарте MDI/MDI-X и защиту от электростатического разряда до 4000 В постоянного тока.

Рисунок 3 - Функциональная схема шкафа ТВО К1

2.4 Программное обеспечение

Структура программного обеспечения (ПО) АСУ ТП ТВО показана на рисунке 4.

Прикладное ПО контроллеров WAGO I/O 750-841 создавалось в среде разработки CoDeSys фирмы 3S (Smart Solutions GmbH) с использованием языков программирования ST и STF стандарта IES 61131-3.

Программы контроллеров почти идентичны имеются лишь небольшие количественные отличия, связанные с составом обслуживаемого оборудования.

По нижнего уровня, реализуемое контроллерами, решает следующие основные задачи:

·              прием, распаковка и интерпретация командных слов, полученных от программы АРМ оператора;

·              передача оперативных данных на АРМ оператора и инженерную станцию;

·              мониторинг датчиков, анализ достоверности получаемой информации и сигнализация о состоянии датчиков, анализ исправности технологического оборудования;

·              в ручном режиме - дистанционное (от АРМ оператора) управление исполнительными механизмами;

·              в автоматическом режиме - регулирование температуры в камерах в соответствии с определенной оператором циклограммой.

Прикладное программное обеспечение АРМ оператора разработано с использованием SCADA-системы GENESIS32 v7.2 фирмы ICONICS и развернуто на промышленном компьютере AdvantiX IPC-SYS1-1.

Взаимодействие между контроллерами и АРМ оператора ТВО осуществляется по локальной сети Ethernet с использованием протокола Modbus TCP.

Рисунок 4 - Структура программного обеспечения АСУ ТП ТВО

3. Описание термоэлектрического преобразователя

Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь) - устройство, применяемое для измерения температуры в промышленности, научных исследованиях, медицине, в системах автоматики. Термопара представляют собой чувствительные элементы в виде двух проводов из разнородных металлов или полупроводников со спаянными концами. Действие термоэлектрического преобразователя основано на эффекте Зеебека - появлении термоЭДС в контуре, составленном из двух разнородных проводников, спаи которых нагреты до различных температур. При поддержании температуры одного из спаев постоянной можно по значению термоЭДС судить о температуре другого спая. Спай, температура которого должна быть постоянной, принято называть холодным, а спай, непосредственно соприкасающийся с измеряемой средой - горячим.

Наиболее распространены два способа подключения термопары к измерительным преобразователям: простой и дифференциальный. В первом случае измерительный преобразователь подключается напрямую к двум термоэлектродам. Во втором случае используются два проводника с разными коэффициентами термо-ЭДС, спаянные в двух концах, а измерительный преобразователь включается в разрыв одного из проводников.