Разработка автоматизированной системы управления процессом производства смазывающе-охлаждающей жидкости

Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка автоматизированной системы управления процессом производства смазывающе-охлаждающей жидкости

Булычев Павел Николаевич

Савчиц Артем Вячеславович

Статья посвящена разработке системы процесса производства смазывающе-охлаждающей жидкости. Изучены строение и принципы работ химических агрегатов. Произведен расчет математической модели регулирования температуры в нагревателе. Изучена научно-техническая литература, рассмотрены патенты, посвященные процессу производства смазывающе-охлаждающей жидкости. В результате проделанной работы было произведено обновление средств автоматизации, более новыми, обеспечивающими точность измерений и компактность установки. Все функции управления возложены на панельный контроллер Овен СПК-207, обеспечивающий лучшее быстродействие и позволяющую дальнейшую модернизацию оборудования.

Смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ) - сложные многокомпонентные системы, предназначенные в основном для смазки и охлаждения металлообрабатывающих инструментов и деталей, что способствует снижению износа инструментов и повышению точности обработанных деталей. В процессе обработки материалов СОЖ выполняют, кроме того, ряд других функций: вымывают абразивную пыль и стружку, защищают обработанные детали, инструмент и оборудование от коррозии, улучшают санитарно-гигиенические условия работы.

В зависимости от состава различают три основные группы СОЖ, используемых в металлообработке:

· Чистые минеральные масла и (или) масла с противоизносными и противозадирными присадками жиров, органических соединений серы, хлора, фосфор. К ним добавляют также антикоррозионные, антиокислительные и антипенные присадки в количестве 5 - 50%.

· Водные эмульсии минеральных масел, которые получают на месте потребления разбавлением водой эмульсолов, состоящих из 40-80% минерального масла и 20-60% эмульгаторов, связующих веществ, ингибиторов коррозии, антивспенивателей, бактерицидов.

Водные растворы поверхностно-активных веществ и низкомолекулярных полимеров, которые, аналогично эмульсолам, получают из концентратов, содержащих 40-60% поверхностно-активных веществ, полимеров, ингибиторов коррозии, антивспенивателей, бактерицидов и 40-60% воды. Концентрация рабочих эмульсий и растворов зависит от условий применения и обычно составляет 2-10%.

Смазывающие охлаждающие жидкости (СОЖ) на ВПЗ изготавливают в трех композициях раствора для токарной, предварительного и чистовой шлифовальной обработки[1].

Смазывающие охлаждающие жидкости приготавливают на участке, специально оборудованном для этой цели, в баках объёмом 10 м 3, имеющих подвод воды, эмульсола, жидкого нитрита натрия и снабжённых соответствующей запорной арматурой.

Приготовление СОЖ производят порциями по 10 м 3 с расчётным содержанием компонентов, которые перекачивают в чистую рабочую ёмкость до необходимого уровня.

Главной задачей при разработке системы управления являлся выбор параметров, участвующих в управлении, то есть тех, которые контролируют, регулируют, анализируют.

Перед автоматизацией технологического объекта были выполнены следующие мероприятия:

· оборудование технологического объекта управления должно быть механизировано, и работать в установленный межремонтный период;

· технологическая схема должна быть составлена таким образом, чтобы процесс был управляемым, и разделен на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них;

· должен быть обеспечен доступ к местам установки датчиков, запорных и регулирующих органов;

· число возмущающих воздействий должно быть сведено к минимуму.

Только при выполнении этих условий можно повысить эффективность технологического объекта управления. Технологический процесс характеризуется входными, выходными и режимными параметрами. Входные параметры дают представление о материальных и энергетических потоках на входе в технологический объект управления.

Значение режимных параметров непосредственно влияет на выходные параметры, таким образом, все эти параметры, а именно: входные, выходные и режимные, связаны между собой. Требования к поддержанию режимных и особенно выходных параметров является обязательным условием проведения технологического процесса.

Для системы регулирования технологического процесса был выбран Пропорционально Интегральный (ПИ - регулятор), так как процесс требует быстрого и точного изменения регулируемой величины.

Моделирование работы системы управления с ПИ - регулятором осуществлялось в программном средстве VisSim 5.0. Коэффициенты регулятора, были выбраны таким образом, чтобы переходный процесс соответствовал заданному качеству.

Рисунок 1. График переходного процесса и структурная схема регулирования с ПИ регулятором, 1 - задание регулируемой величины, 2 - коэффициент усиления пропорциональной части регулятора, 3 - коэффициент усиления интегральной части регулятора, 4 - максимальное значение перерегулирования, 5 - минимальное значение перерегулирования.

В качестве центрального управляющего устройства был выбран панельный контроллер фирмы Овен СПК-207. При выборе контроллера руководствовались скоростью обработки данных, иерархии контроллера, новизна продукции и качество производства.

Для ввода аналоговых сигналов в контроллер был использован модуль МВ 110-8А.

Для вывода аналоговых сигналов из контроллера был использован модуль МУ 110-8И. Прибор предназначен для преобразования цифровых сигналов, передаваемых по сетиRS-485, в аналоговые сигналы диапазоном от 4 до 20 мА для управления исполнительными механизмами или для передачи сигналов приборам регистрации и самописцам. МУ 110 работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON. [3]

Прибор предназначен для управления по сигналам из сети RS-485 встроенными дискретными ВЭ, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением. Встроенные ВЭ могут работать в режиме ШИМ. МУ 110 работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON[3].

Сложность управления заключается в наличии внешних и внутренних возмущающих воздействий. Внешние возмущения проникают извне при изменении входных и некоторых выходных параметров. Внутренние возмущения возникают в самом объекте управления при изменении характеристик технологического оборудования. Таким образом, для устранения возмущений необходимо контролировать и регулировать входные параметры, не допускать изменения режимов и отклонения от технологического процесса, только в этом случае, качество продукции и производительность останутся на высоком уровне.

Для поддержания высокого качества продукции и регулирования процессов были выбраны следующие приборы:

Расходомеры ЭМИС-Вихрь 200. Измерительная полость и компоненты прибора изготовлены из нержавеющей стали, что обеспечивает возможность измерения расхода различных газов, жидкостей и пара.

Поплавковые датчики уровня ОВЕН ПДУ-И предназначены для непрерывного преобразования уровня жидкости в унифицированный аналоговый выходной сигнал 4…20 мА. Датчики используются в составе систем контроля уровня жидкости в различных резервуарах, в том числе, под давлением. Арматура датчика изготавливается из нержавеющей стали 12Х 18Н 10Т[3]. математический нагреватель датчик

В качестве датчиков температуры использовался датчик температуры с нормирующим преобразователем Овен ДТПК[3].

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Выбирали РН-метр РН-4101. Предназначен для автоматического измерения активности ионов водорода (рН) или окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) водных сред в комплекте с проточной или погружной арматурой для комбинированного электрода.

Для управления электродвигателями применяется промышленный преобразователь частоты типа Овен ПЧВ-2[3].

Универсальная линейка частотных преобразователей может быть использована для управления приводами на базе асинхронных двигателей в промышленности и ЖКХ. Широкий набор функций для решения базовых задач частотного управления.

В качестве ИМ для управления режимом работы были выбраны Клапаны проходные односедельные запорно-регулирующие КПСР. Клапаны проходные односедельные запорно-регулирующие КПСР, предназначены для применения в системах автоматического регулирования и управления технологическими процессами путем изменения расхода рабочих сред (кроме вакуума), транспортируемых по трубопроводам различного назначения[3].

Вывод

В данной работе стояла цель модернизация процесса производства смазывающее-охлаждающей жидкости. Для реализации цели были решены следующие задачи:

1. Был произведен анализ научно-технической литературы и патентов;

2. Была разработана система управления, выбраны параметры сигнализации и управления, выбрана сигнальная и управляющая аппаратура. Выбран управляющий контроллер Овен СПК-207 и подобраны модули ввода/вывода.

Список литературы

1. Афонин, А.М. Теоретические основы разработки и моделирования систем автоматизации: Учебное пособие / А.М. Афонин, Ю.Н. Царегородцев, А.М. Петрова, Ю.Е. Ефремова. - М.: Форум, 2011. - 192с.

2. Смазочно-охлаждающие жидкости [Электронный ресурс]// ООО "Дивинойл Рус" URL: https://divinolrus.ru/sozh.html (дата обращения: 10.12.2017)

3. Концентрат смазывающе-охлаждающей жидкости [Электронный ресурс]// Патентный поиск, Поиск патентов и изобретений РФ и СССР URL: http://ru-patent.info/21/75-79/2177855.html (дата обращения: 10.12.2017)

Размещено на Allbest.ru