Разработка, моделирование и монтаж системы управления процессом измельчения твердых материалов
проект

Проект на тему:

“Разработка, моделирование и монтаж системы управления процессом измельчения твердых материалов”

Введение

Для технологических объектов отрасли, как объектов автоматизации, характерными являются следующие особенности:

• наличие разнородных функциональных задач, возникающих при автоматизации;
• сравнительно высокий уровень автоматизации существующих технологических объектов управления (ТОУ);
• повышение актуальности задач оптимизации и др.

Управлять подобными объектами невозможно без современных средств автоматизации и вычислительной техники, без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). АСУТП относятся к классу сложных систем, которым присущи следующие черты: наличие у всех элементов общей цели; системный характер реализуемых алгоритмов обмена и обработки информации; большое число входящих в систему функциональных подсистем.

Современный этап развития АСУТП характеризуется применением индустриальных технологий создания и внедрения АСУТП на базе серийно выпускаемых промышленных контроллеров, совместимых с персональными компьютерами и мощных программно-технических комплексов (ПТК) поддержки программирования АСУТП – SCADA систем, а также развития и стандартизации сетевых технологий.

Построение АСУТП на основе концепции открытых систем позволяет аппаратно-программные средства различных производителей совмещать снизу доверху и обеспечивать проверку всей системы. При таком подходе значительно уменьшается общая стоимость системы в результате применения более дешевого оборудования (при аналогичных функциональных характеристиках), частичной и поэтапной замене имеющихся на предприятии аппаратно-программных средств или даже сохранении некоторого старого оборудования.

Важнейшими свойствами открытых систем являются: мобильность прикладных программ; мобильность персонала; четкие условия взаимодействия частей системы с использованием открытых спецификаций.

Цель проекта – разработать, смоделировать и осуществить наладку системы управления процесса измельчения твердых материалов.

Задачи:

1. Дать подробную характеристику технологического процесса и применяемого технологического оборудования.
2. Провести анализ и выбрать тип системы управления и средств автоматизации.
3. Разработать программу управления процессом измельчения твердых материалов.
4. Осуществить монтаж системы автоматического управления.
5. Произвести расчет экономического эффекта.

1 Характеристика объекта автоматизации и выбор параметров управления

1. Описание технологического процесса с краткой характеристикой технологического оборудования

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) предназначена для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления.

Автоматизированная система управления технологическим процессом - человеко-машинная система управления, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием. Такое определение АСУТП подчеркивает наличие в ее составе современных автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь средств вычислительной техники; роль человека в системе как субъекта труда, принимающего содержательное участие в выработке решений по управлению; реализацию в системе процесса обработки технологической и технико-экономической информации; цель функционирования АСУТП, заключающуюся в оптимизации работы технологического объекта управления по принятому критерию (критериям) управления путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Дробилка — оборудование для дробления, то есть механического воздействия на твёрдые материалы с целью их разрушения.

Пригодны для разрушения материала на куски меньшего размера. Разделяют (в зависимости от крупности дробленного материала) дробилки крупного, среднего и мелкого дробления. Условное деление по крупности выглядит следующим образом:

По конструкции делятся на:

• Щековая дробилка
• Конусная дробилка
• Молотковая дробилка
•  Валковая дробилка
• дисковые (ножевые)

В данном проекте используется валковая дробилка.

Валковые дробилки. Рабочим органом валковой дробилки являются вращающиеся цилиндрические валки. Материал подается сверху, затягивается между валками или валком и футеровкой камеры дробления и дробится. Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления материалов в основном средней прочности (до усж = 150 МПа) на гладких и рифленых валках и мягких материалов (до усж = 80 МПа) - на зубчатых валках.

Дробилки по принципу действия разделяют на щековые, в которых материал подвергается раздавливанию, раскалыванию и частично истиранию между двумя плитами-щеками при их периодическом сближении; конусные, в которых материал разрушается в процессе раздавливания, излома и частичного истирания между двумя коническими поверхностями, одна из которых движется эксцентрично по отношению к другой, осуществляя непрерывное дробление материала; валковые, в которых материал раздавливается между двумя валками, вращающимися навстречу один другому (иногда валки вращаются с разной частотой, и тогда раздавливание материала сочетается с истиранием); ударного действия, которые, в свою очередь, бывают молотковыми и роторными; в молотковых дробилках материал измельчается в основном ударом шарнирно подвешенных молотков, а также истиранием, в роторных - дробление осуществляется за счет удара жестко прикрепленных к ротору бил, удара материала об отражательные плиты и ударов кусков материала один о другой.

Машины для измельчения материалов должны иметь простую конструкцию, обеспечивающую удобство и безопасность обслуживания; минимальное число изнашивающихся легко заменяемых деталей; предохранительные устройства, которые при превышении допустимых нагрузок должны разрушаться (распорные плиты, срезные болты и др.) или деформироваться (пружины), предотвращая поломки более сложных узлов. Конструкция должна отвечать санитарно-гигиеническим нормам звукового давления, вибрации и запыленности воздуха.

С помощью ПК через программу TRACEMODE 6 запускаем двигатель и задаем данному двигателю определённую скорость вращения вала 4, а такжепосле запуска двигателя вала, запускаем двигатель для конвейера. После чего открываем верхнюю крышку 1 установки и помещаем в неё исходные материалы, по возможности закрываем крышку бункера дробилки. Далее измельчённый материал высыпается на конвейерную ленту 5 по которой он поступает в чашу для измельченного материала 6.

1.2 Выбор параметров управления

Векторный частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ 3 подключается к SCADA TRACE MODE по протоколу обмена Modbus RTU. 

Адрес панели в сети RS-485 – 1, связь с частотным преобразователем ведется через автоматический конвертер интерфейсов АС4 (ОВЕН), подключенный к последовательному порту COM4 ПК с параметрами связи - 115200,n,8,1.

В этом дипломном проекте выполняются операции по управлению двигателем – изменяются частота и направление вращения.

Стенд содержит частотный преобразователь ОВЕН ПЧВ1 и управляемый с его помощью электродвигатель. Для питания стенда используется обычное сетевое напряжение 220 В. Для подключения к ПК используется, размещенный в стенде, автоматический конвертор интерфейсов АС4 от ОВЕН, подключенный к порту RS-485 преобразователя с одной стороны, а с другой – в свободный USB-порт ПК.

Предварительно мы установили на ПК со SCADA TRACE MODE конфигурационную утилиту для преобразователя из комплекта поставки. Запустили ее и убедились, что параметры, описывающие имеющийся у нас двигатель «прописаны» в преобразователе.

TRACE MODE осуществляет обработку информации, поступающей с ПЧВ, и представляет ее в удобной эргономичной форме на мнемосхемах. Система позволяет выдавать документы сменной отчетности. На АРМ (автоматизированное рабочее место) оператора ведется локальный архив технологических параметров автоматизированной системы, а также отчет тревог с возможностью просмотра информации за интересующий промежуток времени.

Автоматизированная система управления процессом измельчения твердых материалов на базе SCADA TRACE MODE и преобразователе частотном Овен ПСВ1 позволяет решать следующие задачи:

• Контроль технологического процесса измельчения твердых материалов;
• Получение оперативной и достоверной информации о частоте вращения двигателя;
• Защита двигателя от “сухого” пуска;
• Оперативное оповещение персонала об аварийных ситуациях;
• Предотвращение несанкционированных операций при проведении процесса измельчения путем блокировки двигателя.

2 Разработка программы управления процессом измельчения твердых материалов

2.1 Выбор программного обеспечения

TRACE MODE — программный комплекс класса SCADA HMI, разработан компанией AdAstra Research Group. Предназначен для разработки программного обеспечения АСУТП, систем телемеханики, автоматизации зданий, систем учёта электроэнергии (АСКУЭ, АИИС КУЭ), воды, газа, тепла, а также для обеспечения их функционирования в реальном времени. Начиная с версии 4.20 TRACE MODE обладает функциями программирования промышленных контроллеров.

TRACE MODE состоит из инструментальной системы и из набора исполнительных модулей (рантаймов). В Инструментальной системе создается набор файлов, который называется «проектом TRACE MODE». С помощью исполнительных модулей TRACE MODE проект АСУ запускается на исполнение в реальном времени на рабочем месте диспетчера или оператора.

Особенностью TRACE MODE является «технология единой линии программирования», то есть возможность разработки всех модулей АСУ при помощи одного инструмента. Технология единой линии программирования позволяет в рамках одного проекта создавать средства человеко-машинного интерфейса, системы учёта ресурсов, программировать промышленные контроллеры и разрабатывать web-интерфейс. Для этого в инструментальную систему TRACE MODE встроены специализированные редакторы.

2.2 Разработка программы управления

Выполним подключение к SCADA TRACEMODE векторного частотного преобразователя ОВЕН ПЧВ1 по протоколу обмена ModbusRTU.

Открывам универсальный конфигуратор ПЧВ и нажимаем в меню “Добавить”. Далее указываем нужные нам параметры.

Открывает программу TRACEMODE6 и нажимаем “Создать новый проект”. В предложенном нам меню выбираем “Стандартный проект”. Далее в “Источники/Приемники” создаем группу “MODBUS”.

В “MODBUS” добавляем компонент “Rout_Word(3)#2” и называем его Rout_Word(3)#2 STATE. Задаем параметрыRout_Word(3)#2 STATE.

Добавляем компонент “W_Word(6)#2” и называем его W_Word(6)#2 COMMAND. Задаем параметры для W_Word(6)#2 COMMAND.

Добавляем компонент “Rout_Word(3)#3”и называем его Rout_Word(3)#3 READ FREQ. Задаем параметры для Rout_Word(3)#3 READ FREQ.

Добавляем компонент W_Word(6)#4 и называем его W_Word(6)#4 WRITE FREQ. Задаем параметры для W_Word(6)#4 WRITE FREQ.

Добавляем компонент W_Word(6)#5 и называем его W_Word(6)#5 Reversing select. Задаем параметры для W_Word(6)#5 Reversing select.

Создаем узел “RTM”. В узле “RTM”создаем группу “COM-порты”. Задаем параметры для “COM-портов”.

Выполняем перенос компонентов из “MODBUS” в каналы “RTM”. Указываем параметры для “Rout_Word(3)#2 STATE”. Указываем параметры для W_Word(6)#5 Reversing select.

Параметры для остальных компонентов остаются без изменений.

Создаем “Каналы ADD” в группе “RTM”. В Каналах ADD создаем два компонента “FREQUENCY toPChV” и “FREQUENCY fromPChV”. После создания компонентов создаем программу “ FREQ” Задаем аргументы для данной программы. Пишем текст для программы “FREQ”.

Создаем компонент “Reverse” и к нему программу “Reverse”. Указываем аргументы для программы “Reverse”. Создаем схему для программы “Reverse”.

Создаем компонент “Экран” в группе “RTM”. Создаем графические элементы для компонента “Экран”. Создаем аргументы для компонента “Экран”.

Задаем значения для графического элемента “Слово состояние”.

Задаем значения для графического элемента “Ползунок”.

Задаем значения для графического элемента “Реверс”.

Задаем значения для графического элемента “Группа кнопок”.

3 Монтаж системы автоматического управления

3.1 Монтаж технологического оборудования

Монтаж дробилки должен проводиться квалифицированными специалистами, ознакомленными с настоящей инструкцией.

Знание инструкции персоналом, монтируемым дробилку, должно быть проверено комиссией, назначенной руководителем механослужбы предприятия, эксплуатирующего дробилку. Документ, подтверждающий проверку знаний персонала, монтируемого дробилку, должен храниться в деле машины.

Перед монтажом дробилки необходимо тщательно осмотреть все узлы, снять с них консервационное покрытие, убедиться, что все сопрягающиеся поверхности и резьбы не получили повреждений в пути, а если такие повреждения имеются, устранить их, проверить прочность крепления неподвижных соединений.

Подвижные соединения, такие как подшипники приводного вала, сферический подпятник, диски подпятника эксцентрика следует обязательно разобрать, особо тщательно очистить от консервационного покрытий, осмотреть трущиеся поверхности и устранить повреждения, полученные при реконсервации и транспортировке.

При сборке узлов перед монтажом необходимо подвижные поверхности смазать жидким маслом, а неподвижные сопрягающиеся поверхности – консистентной смазкой. Все отверстия должны быть тщательно очищены и продуты сжатым воздухом. Во время сборки тщательно следить, чтобы на трущиеся и посадочные поверхности не попала пыль или грязь, не применять грязные обтирочные материалы и материалы, оставляющие ворсинки, нитки, клочья на рабочих поверхностях.

Для смазки пользоваться только чистыми маслами и консистентными смазками. Опасные по загрязнению места перекрывать щитами или брезентами даже при непродолжительных остановках монтажных работ.

Каждая дробилка проходит на заводе контрольную сборку и испытания на холостом ходу. Поэтому, как правило, при квалифицированном монтаже никаких дополнительных подгонок деталей не требуется.

Необходимо лишь проследить, чтобы все регулировочные прокладки, на которых дробилка проходила обкатку, были установлены при монтаже. Регулировочные прокладки предусмотрены под нижним диском подпятника эксцентрика и между патрубком станины и фланцем корпуса приводного вала.

Особое внимание следует уделить регулировочным прокладкам под эксцентрик, на которых не допускается загибы, помятости и другие дефекты поверхности, появившиеся при транспортировке. Установка прокладок с дефектами поверхности вызовет перекос эксцентрикового узла и неправильную его работу.

Заключение

Повышение уровня автоматизации представляет собой важную производственную задачу.

В ходе выполнения работы цель была достигнута и решены поставленные задачи:

• дали подробную характеристику технологического процесса и применяемого технологического оборудования;
• проанализировали и выбрали необходимый тип системы управления; подобрали средств автоматизации;
• была разработана программа управления процессом измельчения твердых материалов на базе SCADA TRACE MODE.;
• осуществили монтаж системы автоматического управления;
• рассчитали экономический эффект.

Кроме того, были разработаны методические рекомендации для студентов специальности 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям), входящую в укрупненную группу специальностей 15.00.00 Машиностроение для выполнения лабораторных работ по ПМ.04 Разработка и моделирование несложных систем автоматизации с учетом специфики технологических процессов» на 2 курсе в разделе 1 «Технологические процессы автоматизированных производств» и на 4 курсе в разделе 5 «Освоение специализированного программного обеспечения автоматических управляющих устройств».