Автоматизация процесса вулканизации грузовых автопокрышек

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Омский шинный завод функционирует с 1942 года. Изначально он занимался выпуском только грузовых шин, но с течением времени ассортимент продукции немного изменился и завод занялся также производством шин для легковых автомобилей. Сегодня Омский шинный завод является одним из самых успешных и значимых предприятий в России. В последние годы специалисты завода используют только современный подход к работе. Своей целью Омский шинный завод ставит постоянное совершенствование производства продукции и удовлетворение всех потребностей потребителя. Для достижения данной цели постоянно повышается конкурентоспособность и качество выпускаемой продукции, увеличивается эффективность работы. Совершенствование продукции осуществляется в полном контакте с поставщиками и потребителями. Такой подход значительно укрепляет доверие потребителей и усиливает позиции завода на рынке как надежного партнера. Омский шинный завод осуществляет развитие производства на основе технического перевооружения, бережливого управления ресурсами и оптимизации процессов производства. Предприятие постоянно занимается повышением профессионального уровня сотрудников, совершенствованием работы с поставщиками и созданием условий производственной среды, оказывающих минимальное воздействие на человека и окружающую среду. Сегодня предприятие выпускает более 100 типоразмеров шин для грузовых, легковых автомобилей, мотоциклов, велосипедов, сельскохозяйственной техники и более 200 наименований различных резинотехнических изделий. Высокое качество продукции завода засвидетельствовано международными и российскими сертификатами соответствия, а также различными наградами престижных конкурсов и выставок.

Особое значение придается автоматизации, так как она приводит к улучшению основных показателей эффективности производства: увеличению количества, улучшению качества и снижению себестоимости труда. Автоматизация процессов производства лежит в основе развития всех отраслей техники. С каждым годом автоматизация охватывает все новые звенья производственного процесса, и становится комплексной, вызывая координальные изменения в технологии и организации производства.

1. Пояснительная часть

1.1 Обоснование темы дипломного проекта

Тема дипломного проекта: «Автоматизация процесса вулканизации грузовых автопокрышек».

Предлагается замена преобразователей и датчиков, установленных по месту, на современные устройства компании “Метран”. Устройства программного управления заменены на мультипроцессорный контроллер Simatic S7-300 фирмы производителя Siemens. Внедрение этой системы позволит увеличить производительность оборудования, межремонтный пробег и повысить качество продукта. Современные датчики имеют высокую точность измерений и способны передавать сигналы на большие расстояния.

Предложенная система имеет широкий набор функций, а именно:

- способность собирать и обрабатывать большие объемы информации;

- передавать информацию на дисплей персонального компьютера;

- выбирать оптимальный режим ведения технологического процесса;

- осуществлять самодиагностику.

Кроме того, при помощи сети Ethernet имеется возможность объединять несколько компьютеров и информацию выводить на компьютер главного технолога завода. Что позволяет сэкономить время и выбрать точные параметры для данного процесса. Так как с помощью компьютерных технологий можно отслеживать даже малейшие изменения, либо отклонения от заданных норм, то с помощью данной системы можно будет значительно повысить точность, а, следовательно, и качество продукции.

1.2 Описание объекта автоматизации

Описание технологического процесса.

В производстве резиновых технических изделий и в шинном производстве трудности автоматизации заключаются в большом количестве дискретных сигналов в технологическом процессе, в разнообразии материальных потоков, отсутствии надёжных автоматических приборов и устройств (из-за повышенной температуры и вибрации) для измерения и регулирования множество параметров. Однако, не смотря на это, в настоящее время многие операции и технологические процессы характеризуются высокой степенью автоматизации (например, процессы вулканизации).

Правильно надетая на диафрагму покрышка с помощью автоматического устройства включает электродвигатель форматора-вулканизатора, который через электродвигатель начинает смыкать половины паровой камеры. При некотором смыкании верхней и нижней половин камеры с помощью конечного выключателя закрываются клапаны линии вакуума (поз. 21-1), и эта линия отключается от диафрагмы. К мембране клапана, установленного на линии подачи формующего пара в диафрагму (поз. 19-1), подаётся воздух, и включается реле времени. После попадания формующего пара в полость диафрагмы форматора-вулканизатора срабатывает задержка по времени для прогрева диафрагмы. Клапан в линии сбора формующего пара закрывается (поз 19-1). При дальнейшем закрытии паровой камеры откроется клапан на линии подачи воздуха (поз. 19-1), для обдува пресс-форм и покрышки. Не закрыв полностью паровую камеру, двигатель форматора-вулканизатора останавливается, при этом клапан подачи формующего пара закрывается (поз. 19-1). Одновременно диафрагма через клапан сбора формующего пара (поз. 19-1) сообщается с линией выпуска формующего пара.

Давление снимают для того, чтобы дать возможность диафрагме и покрышке занять правильное положение. Через некоторое время, включенное при останове паровых камер реле времени включит электрический двигатель привода форматора-вулканизатора, и паровые камеры будут продолжать закрываться. Вновь откроется клапан и произойдёт повторный обдув пресс-форм. При дальнейшем закрытии паровой камеры прекратится подача формующего пара в диафрагму, и диафрагма сообщится с линией сброса формующего пара. Таким образом, предотвращается сильное раздутие покрышки и попадание протектора в стык полуформ.

Перед полным закрытием паровой камеры прекращается обдув пресс-формы. В момент достижения оптимального натяга в соединении половин камеры электрический двигатель привода форматора-вулканизатора останавливается (с помощью конечного выключателя). При этом закрывается клапан на линии сброса охлаждающей воды (поз. 25-1), который оставался открытым от предыдущего цикла. Одновременно через этот клапан паровая камера сообщается с линией сброса конденсата. Открывается клапан на линии подачи греющего пара в диафрагму (поз. 24-1). Открывается клапан и пропускает сжатый воздух от регулятора температуры к мембране регулирующего клапана на линии пара в паровую камеру. Этот регулятор регулирует температуру в паровой камере. После непродолжительного прогрева покрышки изнутри на линии закрывается клапан циркуляции перегретой воды (поз. 18-1) и открывается клапан на линии её подачи (поз. 21-1).

По окончании вулканизации воздух с мембраной клапана сбрасывается в атмосферу и клапан закрывается(поз. 20-1). Закрывается клапан на линиях подачи и сброса перегретой воды (поз. 18-1 и 21-1) ). Открываются клапана на линиях подачи и сброса охлаждающей воды (поз. 24-1 и 25-1). Открывается клапан, и начинается охлаждение пресс-форм. Клапан сбрасывает, отключая выход паровой камеры от конденсатоотводчика и подсоединяя его к линии сброса охлаждающей воды.

Далее микропроцессорная система регулирования Simatic S7-300 включает двигатель форматора-вулканизатора, паровая камера начинает открываться. Как только паровая камера начнёт открываться с помощью клапана диафрагма сообщается с линией вакуума (поз. 20-1). На этом вулканизация покрышки заканчивается.

Для обеспечения безопасной работы в схеме автоматизации предусмотрены реле давления, не позволяющее открыть паровую камеру, если камера и диафрагма находятся под давлением. Если во время закрытия паровой камеры требуется остановить электро-привод двигателя форматора-вулканизатора, необходимо нажать на предохранительную скобу и паровая камера откроется полностью. Для обеспечения безопасности оборудование снабжено фотодатчиком, который выдаёт сигнал при попадании физического тела в рабочую зону форматора-вулканизатора. Для данного дипломного проекта был выбран форматор - вулканизатор VL75*170.

В таблице 1.1 предложены нормы технологического процесса форматора-вулканизатора VL75*170.

Таблица 1.1 - Вулканизатор VL75*170

№	Наименование операций	Параметры давления кгс/смІ
1	Формирующий пар	От 4
2	Пар греющий для паровой камеры	6
3	Пар греющий мембрану	12
4	Перегретая вода 177°С	20
5	Охлаждающая вода 20єС	20
6	Душевая вода в паровую камеру	4
7	Вакуум в мембрану	40 мм рт.ст
8	Вода под давлением для рабочих цилиндров	20
9	Воздух под давлением	4-6

Краткая характеристика сырья и получаемых продуктов.

Четыре пятых веса шины - резиновые смеси. Из использованной резины половину составляет натуральный каучук. Его получают из каучуконосных деревьев, которые выращивают в тропических областях Малайзии и Индонезии. Дополнительно используются синтетические каучуки, выпускаемые из нефти. С точки зрения воздействия на окружающую среду получение натурального каучука оказывает меньшее влияние, чем производство синтетического каучука. При сборе натурального каучука деревья не валят, а лишь собирают с них латекс (млечный сок). Контролируемое воздействие на экосистему от производства синтетических каучуков налажено в странах Западной Европы, именно там закупают большую часть резинотехнического сырья. 25-35 процентов от состава резиновой смеси составляет наполнитель или технический углерод (сажа). Используемые в качестве размягчителя масла могут составлять пятую часть смеси. Все выпускаемые для Северных стран шины, для легковых автомобилей, внедорожников и лёгких грузовиков изготавливаются с использованием очищенных масел (non-labelled), в смесях которых, полиароматических углеводородных соединений находится менее 3 %. В дальнейшем планируется изготавливать все шины с использованием в производстве только низкоароматических масел. В небольшом количестве в резиновые смеси добавляются различные химикаты. Вулканизирующая добавка - сера. Также добавляются другие вулканизирующие компоненты: ускорители, активаторы и замедлители, защитные вещества, а также различные вспомогательные химикаты, которые используются для улучшения слипаемости.

Радиальные шины выпускаются для грузовых автомобилей, сельскохозяйственных и других машин. Радиальная шина всегда маркируется буквой R в размерной надписи на боковине. У радиальной шины высокая стойкость к износу, она долговечнее. Пробег самых обычных, неэлитных моделей радиальных шин составляет -60-80 тыс. км. У радиальной шины меньше сопротивление качению, что дает ощутимую экономию топлива. Основными частями грузовой покрышки являются: в каркасе радиальной покрышки нити корда в соседних слоях расположены параллельно по окружности её поперечного сечения, т. е по меридиану оболочки. Главной частью борта является основное крыло, состоящее из бортового кольца с параллельными проволоками, ленты для спиральной обёртки, наполнительного шнура треугольного сечения и крыльевой ленты из обрезиненного корда. Брикетный пояс радиальной покрышки является деталью, определяющей прочностные показатели шин. Протектор - наружный профилированный резиновый слой покрышки с рельефным рисунком. Боковинами называют тонкие эластичные полосы резины, которыми покрыты боковые стенки каркаса для предохранения тканевых слоев его от механических повреждений, воздействий влаги и т.д.

В таблице 1.2 предложен пример готового продукта.

Таблица 1.2 - Покрышка 11,00R20 модель 0-152

Диаметр наружный Мм	1074,0
Ширина профиля мм	260,0
Посадочный диаметр Мм	509,0
Ширина беговой дорожки мм	206,0
Высота рисунка протектора мм	15,0
Внешний периметр мм	675±5
Ширина борта мм	33±3
Толщина покрышки по середине беговой дорожки мм	37±1,5
Масса фактическая кг	58±2
Давление внутренней полости покрышки при эксплуатации	4 атм.

Краткая характеристика технологического оборудования.

Основным технологическим оборудованием цеха вулканизации являются форматоры - вулканизаторы. Различают одно и двух формовые форматор - вулканизаторы, а также с убирающейся и с неубирающейся диафрагмой. На форматорах-вулканизаторах производится формирование собранной покрышки и ее вулканизация. Функцию варочной камеры здесь выполняет резиновая диафрагма, являющаяся принадлежностью вулканизатора. По сравнению с варочной камерой диафрагма имеет меньшую толщину стенки, что позволяет уменьшить продолжительность вулканизации. Применение формата - вулканизатора позволило избавиться от многих трудоемких операций, связанных с уменьшением ручного труда, таких как: закладка варочных камер в покрышки, извлечение варочных камер из покрышки после вулканизации. Форматор - вулканизатор заменяет три вида оборудования: форматор, вулканизатор и станок для выемки варочных камер.

1.3 Автоматизация технологического процесса

Обоснование выбора регулируемых параметров и каналов внесения регулирующих воздействий.

В качестве объекта управления принимается вулканизационный пресс. Показателем эффективности процесса вулканизации является качество грузовой покрышки.

В технологическом процессе во время работы в объект управления могут поступить возмущения, которые приводят к изменению показателя эффективности. Главными регулируемыми параметрами в процессе являются: время выдержки, температура и давление в пресс-форме. Для компенсации возмущающих воздействий предназначены автоматические системы регулирования технологических параметров. Давление и температура взаимозависимы, поэтому эти параметры надо поддерживать на заданном значении. В случае отклонения этих параметров от заданного значения, продукт процесса будет бракованный.

В форматоре-вулканизаторе покрышка обогревается с двух сторон: с наружной (со стороны пресс-формы) и внутренней (со стороны диафрагмы). Для обеспечения равномерной вулканизации изделия поддерживается температура технологического пара в котле на заданном уровне, равной 155°С При заданной температуре давление в форматоре-вулканизаторе будет поддерживаться равным 0,46 МПа.

Если температура в форматоре-вулканизаторе не будет соответствовать требуемой, то произойдёт неполная проварка резины (сырая), что приведёт к быстрому износу покрышки. Кроме того, регулируется расход охлаждающей воды(поз.4-4; 10-4;), перегретой воды(поз.8-1) и регулируется температура пара(поз.6-4; 2-4; 12-4). Необходимо регулировать температуру формующего пара, на уровне температуры 155°С с целью качественного варенья покрышки. Если температура будет ниже 155°С, покрышка плохо проварится и в её структуре останется сырая резина, что приведёт к быстрому износу при эксплуатации. Если температура будет выше 155°С произойдёт необоснованная потеря теплоносителя, так как для качественного преобразования сырой резины в готовую достаточна температура 155°С.

Обоснование выбора контролируемых и сигнализируемых параметров.

В процессе вулканизации покрышки, контролю подлежит множество параметров. К ним относятся температура в паровой камере, температура формата-вулканизатора, а так же поступающего пара и перегретой воды. Контроль данных температур важен потому, что свойства и характеристики вулканизуемой покрышки зависят от температуры вулканизации. Так же контролю подлежит давление пара, подаваемого в паровую камеру, а значит и давление в самой камере, и давление в диафрагме. Причем давление пара в диафрагме и паровой камере подлежат, кроме того сигнализации, т.к. от давления зависит температура, а при повышении давления в диафрагме может произойти локальное разрушение полостей. Кроме того, контролю подлежит давление в линии управления регулирующих органов исполнительных устройств, чтобы при возникновении аварийной ситуации можно было остановить процесс вулканизации. На дисплее ПК сигнализируется наличие давления в диафрагме или паровой камере. Контролируются только те параметры, отклонение которых может вызывать нарушение технологического процесса и появление возмущений, которые приведут к аварийной ситуации. С помощью приборов контроля получают информацию о состоянии объекта автоматизации и в ходе технологического процесса.

В процессе вулканизации контролю подлежат:

расход в линии охлаждённой воды, поступающей в камеру форматора-вулканизатора.

расход в линии перегретой воды, поступающей в диафрагму

расход на линии вакуума на выходе из диафрагмы

давление в линии пара, поступающего в камеру

давление в линии охлаждённой воды, поступающей в камеру

температура в паровой камере

температура в пресс-форме

температура поступающего пара

температура перегретой воды

Сигнализации подлежат параметры, отклонение которых может привести к аварии или значительному нарушению технологического процесса:

* повышение или понижение температуры в камере вулканизатора

повышение и понижение давления на входе в камеру вулканизирующего пара

повышение и понижение давления в диафрагме вулканизатора.

Обоснование выбора мероприятий по защите и блокировке.

Устройства блокировки служат для предотвращения аварийной ситуации, которая может возникнуть по ходу течения технологического процесса. В случае нарушения нормального режима эти устройства воздействуют на управляемый объект таким образом, чтобы предаварийное состояние не перешло в аварийное.

В процессе вулканизации, когда в паровых камерах и диафрагмах создано давление, двигатель включиться не может, т.к. реле давления размыкают контакты конечных переключателей. При наличии избыточного давления хотя бы в одном из реле, открыть паровые камеры нажатием на пусковые кнопки невозможно, т.к. конечные выключатели давления соединены последовательно.

В соответствии с требованиями стандарта конструкция машины должна обеспечивать свободный доступ к регулирующим предохранительным устройствам, а также к местам обслуживания. Все гидравлические пресса необходимо снабжать устройством для измерения усилия смыкания пресс-форм и выключения привода при достижении максимального усилия. Вулканизаторы нужно оборудовать приборами контроля и регулирования температуры в тепловой камере. Гидравлические пресса должны иметь быстродействующее аварийное устройство для быстрой остановки механизмов. Необходимо, чтобы рычаг или штанга привода механизма останова были доступны из любой точки рабочей зоны, а пробег траверсы после включения механизма останова не должен превышать 60 мм.

Вулканизационный пресс оборудуется системой блокировки, исключающей возможность раскрытия машины при наличии давления в паровой камере или в диафрагме. Система предохранения паровой камеры срабатывает в случае разрыва диафрагмы и при повышении давления выше предельного. Стандартом предусматривается тепловая изоляция камер, причём изоляция не должна впитывать влагу во избежание коррозии. Линия разъёма камер должна быть спроектирована так, чтобы исключить попадание прямых струй остатков пара на рабочее место во время открытия пресса.

Блокирующие устройства предотвращают начало любой операции, если не закончена предыдущая, с помощью конечных выключателей и реле давления. Коэффициент технического использования вулканизатора должен быть не меньше 0,93%.

Обоснование выбора системы управления

Объект управления и управляющая система, взаимодействующие между собой, составляет систему управления. Система управления может быть местной и централизованной. В первом случае систему располагают рядом с объектом управления. Во втором на расстояние от объекта. При местном управлении, работу объекта обычно наряду с автоматическими устройствами, обеспечивает и человек, производя работу вручную, на определённых участках технологического процесса. При централизованной системе управления процессом все технические операции ведутся дистанционно. Эффективность работы системы управления оценивается показателем эффективности, в качестве которого выбирается один или несколько важных параметров объекта.

SIMATIC S7-300 -- это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Основные характеристики:

· Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям любой задачи.

· Гибкие возможности использования систем распределенного ввода-вывода и простое включение в различные типы промышленных сетей.

· Удобная для обслуживания конструкция, работа с естественным охлаждением, отсутствие буферной батареи, необслуживаемое сохранение данных при перебоях в питании контроллера.

· Свободное наращивание возможностей при модернизации системы.

· Высокая мощность, обеспечиваемая наличием большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры S7-300 выпускаются в трех вариантах:

* SIMATIC S7-300 стандартного исполнения для эксплуатации в нормальных промышленных условиях.

· SIMATIC S7-300F со встроенными функциями автоматики безопасности для эксплуатации в нормальных промышленных условиях.

· SIPLUS S7-300 для наружной установки и эксплуатации в тяжелых промышленных условиях.

Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей различного назначения со множеством встроенных функций позволяют выполнять максимальную адаптацию оборудования к требованиям решаемой задачи. При модернизации и развитии производства контроллер может быть легко дополнен необходимым набором модулей.

Конструкция.

S7-300 имеет модульную конструкцию и позволяет использовать в своем составе широкий спектр модулей самого разнообразного назначения:

· Модули центральных процессоров (CPU):

для решения задач различного уровня сложности может использоваться несколько типов центральных процессоров различной производительности, включая модели со встроенными входами-выходами и набором встроенных технологических функций, а также модели со встроенным интерфейсом PROFIBUS DP, PROFIBUS DP/ DRIVE, Industrial Ethernet/ PPROFINET, PtP.

· Сигнальные модули (SM), используемые для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов.

· Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к промышленным сетям и организации PtP соединений.

· Функциональные модули (FM) для решения задач скоростного счета, позиционирования и автоматического регулирования.

· Модули блоков питания (PS) для питания аппаратуры SIMATICS7-300 и преобразования входных напряжений ~120/230 В или =24/48/60/110В в стабилизированное выходное напряжение =24В.

· Интерфейсные модули (IM) для обеспечения связи между базовым блоком и стойками расширения в многорядной конфигурации контроллера.

Функции:

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 поддерживают широкий набор функций, позволяющих в максимальной степени упростить процесс разработки программы, ее отладки, снизить затраты на выполнение монтажных и пуско-наладочных работ, а также на обслуживание контроллера в процессе его эксплуатации:

· Быстрое выполнение команд: время выполнения команд около 0.1 мкс.

· Поддержка математики с плавающей запятой позволяет поддерживать сложные комплексные алгоритмы цифровой обработки информации.

· Удобный интерфейс настройки параметров. Для настройки параметров всех модулей используются простые инструментальные средства с единым интерфейсом пользователя.

Это существенно снижает затраты на обучение персонала.

· Человеко-машинный интерфейс (HMI):

Функции обслуживания человеко-машинного интерфейса встроены в операционную систему контроллера S7-300. Эти функции позволяют существенно упростить программирование: система или устройство человеко-машинного интерфейса SIMATIC HMI запрашивает необходимые данные у контроллера SIMATIC S7-300, контроллер передает запрашиваемые данные с заданной периодичностью. Все операции по обмену данными выполняются автоматически под управлением операционной системы контроллера. Все задачи выполняются с использованием одинаковых символьных имен общей базы данных.

· Диагностические функции:

Центральные процессоры оснащены интеллектуальной системой диагностирования, обеспечивающей постоянный контроль и регистрацию отказов и специфичных событий (ошибки таймеров, отказы модулей и т. д.). Сообщения об этих событиях накапливаются в кольцевом буфере и снабжаются метками даты и времени, что позволяет производить дальнейшую обработку этой информации.

· Парольная защита обеспечивает эффективную защиту программ пользователя от несанкционированного доступа, попыток копирования или модификации программы.

SIMATIC S7-300 отвечает требованиям целого ряда международных и национальных стандартов. Поэтому в ДП предлагается эта система управления.

Обоснование выбора средств автоматизации.

Средства автоматизации - это устройства при помощи, которых человек может управлять технологическим процессом не вручную, непосредственно находясь на месте протекания процесса, а, находясь в операторной, куда информация о ходе процесса поступает на монитор персонального компьютера, и лишь иногда делать обход для того, чтобы убедиться в целостности работающего оборудования.

Промышленная группа «МЕТРАН» - ведущая российская компания по разработке, производству и сервисному обслуживанию интеллектуальных средств автоматизации. Главная причина лидерства - то, что конструкция его приборов и технология производства опережают российских конкурентов на несколько лет, а продукция иностранных производителей, как правило, слишком дорога для большинства российских предприятий Продукция ПГ «Метран» обеспечивает: повышение производительности процессов, эффективности производств, рост прибыльности; повышение качества выпускаемого продукта; сокращение капитальных вложений, снижение стоимости владения; обеспечение экологической безопасности производств и безопасности персонала; возможность легкой модернизации предприятия в дальнейшем, защиту от морального устаревания оборудования; новый уровень управляемости производствами, обеспечение гибкости и перенастраиваемости.

При большом расстоянии между технологическими аппаратами и пультами управления, целесообразнее применять электрические средства автоматизации, так как при передаче электрического сигнала на большое расстояние он приходит практически без искажений. Это позволяет получать практически мгновенно точные данные. Они характеризуются гораздо меньшим запаздыванием и превосходят пневматические по точности измерения.

Выбор конкретных типов автоматических устройств проводится из следующих соображений:

- для контроля и регулирования одинаковых параметров применяются одинаковые автоматические устройства, тем самым облегчается их приобретение, настройка, ремонт и эксплуатация;

- отдается предпочтение автоматическим устройствам серийного производства;

- при большом числе одинаковых параметров контроля применяются многоточечные приборы и приборы централизованного контроля;

- при автоматизации сложных технологических процессов используются вычислительные и управляющие приборы;

- класс точности приборов соответствует технологическим требованиям;

- для местного контроля применяются простые и надежные приборы, так как они используются в неблагоприятных условиях;

В данном процессе было предложено применить такие приборы:

- для измерения температуры - ТХК Метран - 241, с выходным сигналом 4…20 мА, питание 24 В.

- для измерения давления Метран 150 ДИ, с выходным сигналом 4…20 мА.

- для измерения расхода Метран 350, с выходным сигналом 4…20 мА.

- исполнительные устройства Метран GX, с выходным сигналом Р=0,02…0,1 МПа.

Работа выбранной системы автоматического управления.

Работу выбранной системы на основе контроллера и модулей Simatic рассмотрим на примере регулирования расхода пара, поступающего в форматор с коррекцией по температуре, измеряемая в форматоре.

Сигнал с термопары ТХК Метран - 241 с выходным сигналом 4…20 мA поступает в модуль аналогового ввода Simatic SM331, в котором происходит аналого-цифровое преобразование и далее сигнал обрабатывается управляющей программой и поступает на модуль аналогового вывода Simatic SM332, в котором происходит цифро-аналоговое преобразование, после чего сигнал поступает на исполнительное устройство. Например, в случае отклонения температуры в форматоре от заданного значения сигнал разбаланса температуры корректирующего контура изменяет задание расхода стабилизирующего контура. В результате происходит изменение текущего значения расхода пара и сигнал с контроллера Simatic S7-300 поступает на модуль аналогового вывода Simatic SM332, который с помощью цифро-аналогового преобразователя преобразует сигнал в стандартный токовый 4-20 мА. Далее этот сигнал поступает на регулирующий клапан со встроенным электропневматическим преобразователем, где происходит преобразование токового сигнала в стандартный пневматический 0,02…0,1 МПа и регулирующий орган, изменяя проходное сечение в трубопроводе, меняет расход пара, тем самым меняя температуру в форматоре.

Для отображения информации о контролируемых, сигнализируемых и регулируемых параметрах используется компьютер, на который сигнал проходит через адаптер сети Ethernet. Также этот адаптер предназначен для организации сетевого взаимодействия по различным каналам связи.

1.4 Описание схем

Описание схемы комбинированной функциональной.

Схема автоматизации процесса вулканизации грузовых автопокрышек изображена на листе формата А1, шифр ДП 220301.410.13.С3 и выполнена в соответствии с технологической схемой установки и ее регламентом. На схеме автоматизации показаны:

- технологическая схема процесса;

- комплект технических средств, включающих в себя приборы и средства автоматизации, программно-технические комплексы, управляющие контроллеры;

- линии связи между средствами автоматизации;

- необходимые пояснения к схеме.

Технологическое оборудование изображено в объеме, достаточном для понимания работы системы автоматизации.

В верхней части схемы показана технологическая схема процесса вулканизации, в нижней показаны блоки контроллера и расшифровка линий связи.

В верхней части схемы изображены форматоры-вулканизаторы поточной линии ВПМ 2 - 300.

Автоматизация процесса вулканизации заключается в достижении цели управления и показателем эффективности технологического процесса. Для безопасности данного процесса на схеме показана блокировка электрического двигателя, открывающего и закрывающего верхнюю полуформу форматора-вулканизатора по трем давлениям: в диафрагме, паровой камере, и в линии вакуума. Так же для безопасности данного процесса предусмотрена сигнализация температуры в паровой камере по верхнему пределу.

Описание схемы комбинированной соединений.

Схема внешних соединений изображена на листе формата А2х3, шифр ДП 220301.410.13.С2 и выполнена в соответствии со схемой автоматизации функциональной, показывающая связь между датчиками и системой управления.

В верхней части размещена таблица с поясняющими надписями. В таблице помещены номера комплектов приборов, и информация о месте отбора параметра (по схеме автоматизации). Под таблицей с поясняющими надписями расположены приборы и средства автоматизации, установленные непосредственно на технологическом оборудовании и трубопроводах. В нижней части чертежа в виде прямоугольников изображены модули аналогового ввода-вывода и сам контроллер. Справа расположены блоки питания, которые используются для питания преобразователей. На схеме внешних соединений показаны электрические и трубные проводки, соединяющие первичные приборы с контроллером.

Рассмотрим работу комплектов контроля и регулирования. От сужающего устройства диафрагмы камерной позиция 2-1 установленной в линии подачи пара греющего в диафрагму отбирается перепад давления по двум импульсным трубкам Ст 20-14х1,0. Этот сигнал поступает на вход преобразователя МЕТРАН 350, для демонтажа которого предусмотрены игольчатые вентили ВИ-14 и ВВД-1/2 для продувки импульсных линий, где преобразуется в унифицированный электрический сигнал 4…20 мА. Затем с выхода преобразователя с помощью провода КВВГ - 4х1,0 расположенного в стальном коробе 200х90, сигнал разности давлений от преобразователя поступает на блок аналогового ввода SM331, где сигнал обрабатывается и идет на контроллер S7-300, где формируется управляющее воздействие. Это воздействие идет на блок аналогового выхода SM332. Электрический выходной сигнал регулирования с этого блока идет на исполнительный механизм Метран GX позиция 2-4, который регулирует расход греющего пара.

Описание схемы комбинированной структурной.

На структурной комбинированной схеме показано:

- микропроцессор Simatic S7-300;

- блоки питания;

- персональный компьютер;

- преобразователи расхода, давления;

- термоэлектрические преобразователи;

- электропневматические преобразователи;

- клапана отсечные, регулирующие.

На структурной схеме в общем виде отражаются основные решения проекта по функциональной, организационной и технической структурам АСУ ТП и взаимосвязи между пунктами контроля и регулирования, оперативным персоналом и техническим объектам управления.

Элементы структурной схемы изображены в виде прямоугольников. В верхней части располагается промышленный компьютер, контроллер и модули, например: датчик давления Метран 150 ДИ, показывающий давление в форматоре-вулканизаторе, в вакуум линии и в линии формующего пара, конечный выключатель КВ1 управляет блокировкой приводного электродвигателя в аварийных ситуациях (например: при открытии паровой камеры, после завершения процесса).

Исполнительные устройства со встроенными элетропневмо-преобразователями осуществляют регулирование расхода воды, пара поступающих в форматор-вулканизатор.

Микропроцессорный контроллер осуществляет управление технологическим процессом.

1.5 Охрана труда и окружающей среды

Экология окружающей среды.

К обеспечению безопасности жизнедеятельности прежде всего относится проблема экологической безопасности. В серьезную проблему превращается утилизация изношенных шин, отработанных горюче-смазочных материалов, аккумуляторов. Вокруг автозаправок и вблизи автомагистралей разбросаны кучи таких отходов, что превращает почву в мертвые зоны, пропитанные маслами, бензином, старыми покрышками и другим мусором. Сейчас в России отработана и внедрена на ряде заводов технология переработки шин с наружным диаметром до 1300 мм и шириной профиля до 320 мм, обеспечивающая значительную степень экологической чистоты производства: отсутствие вредных выбросов. Полная утилизация покрышек организация на базе выпускаемой продукции нового производства резинотехнических изделий (резиновых блоков для железнодорожных переездов, кровельных и гидроизоляционных материалов, мастик). В результате переработки получается резиновая крошка с размером частиц не более 1 мм, измельченный текстильный и металлический корд, бортовые кольца. Пылевые выбросы не превышают концентрации 10 мг/м3, химически вредных веществ при получении резиновой крошки не образуется, сброс технологической воды не производится.

Предлагаются также способы переработки утильной резины (в том числе изношенных шин автотехники с текстильным и металлическим кордом) с применением пиролиза в среде газообразного теплоносителя. На опытной установке получены основные закономерности процесса: температура пиролиза, удельная тепловая нагрузка на реакционный объем, расход тепла. Продуктами переработки изношенных шин являются пиролизная смола, дисперсный остаточный углерод, пиролизные газы, металлокордная плетенка. После вторичной переработки получаются активный гранулированный уголь и пластификатор резинобитумных смесей. Побочные продукты утилизируются, процесс практически безотходный. К достоинствам процесса пиролиза можно отнести:

- универсальность (возможность переработки резиносодержащих отходов различного состава);

- простота аппаратурного исполнения;

- возможность переработки шин с текстильным, вискозным и металлическим кордом;

- энергетическая автономность процесса (все оборудование использует тепло горячих газов, образующихся в ходе пиролиза).

Характеристика помещений по пожаро и взрывоопасности.

Шинное производство является пожароопасным производством. Пожароопасность заключается в наличии на участках горючих материалов, сырья, полуфабрикатов, растворителей и так далее.

В соответствии со СН и П все помещения и здания производственного складского назначения по взрывопожарной и пожарной опасности в зависимости от количества и пожаро- взрывоопасных свойств веществ и материалов, а также с учетом особенностей технологических процессов, размещенных в них производств, разделяют на пять категорий: А, Б, В, Г, Д. К категории А относят помещения, в которых находятся горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости.

К категории Б относят помещения, в которых находятся горючие пыли и волокна, легковоспламеняющиеся жидкости.

К категории В относят помещения, в которых находятся горючие и трудногорючие жидкости.

К категории Г относят помещения, в которых находятся негорючие вещества и материалы в горючем, раскаленном состоянии.

К категории Д относят помещения, в которых находятся негорючие вещества и материалы в холодном состоянии.

К пожароопасным работам относится работа с клеями, мастиками и другими горючими материалами. Помещения кладовых ГСМ относятся к взрывоопасным.

В соответствии с вышеперечисленными положениями в цехах предприятия должны соблюдаться следующие требования:

Все производственные службы, складские и производственные помещения должны содержаться в чистоте.

Доступы к средствам пожаротушения и электрораспределительным устройствам не должны загромождаться.

Запрещается использование пожарных рукавов от внутренних тии пожарных кранов, песка, мела совков и другова противопожарного имущества на нужды не связанные с пожаротушением.

Запрещается в цехе курить и применять открытый огонь.Курить разрешается в специально отведённых местах.

Запрещается проносить по цеху горючие и легковоспламеняющиеся жидкости в не закрытой или неисправной таре.

Запрещается применять кипятильники для нагревания воды и другие бытовые электронагревательные приборы.

В помещениях и на рабочих участках, на которых работают с горючими веществами, выделяющими взрывоопасные пары должна работать принудительная приточно-вытяжная вентиляция.

Склады хранения ЛВЖ должны быть оборудованы пожаротушением с выносом наружу вентиля.

Территория цеха должна своевременно очищаться от горючих
отходов, отходов обрезки РТИ, мусора.

Горючие отходы следует собирать в специально отведённую
ёмкость. Отходы и обрезки РТИ должны собираться в специальные контейнеры и ежедневно вывозиться на участки переработки крошки.

Безопасная эксплуатация средств автоматизации.

Для обеспечения безопасной эксплуатации средств автоматизации, необходимо соблюдать необходимые требования по технике безопасности.

В процессе работы, периодически, один раз в два часа, производить осмотр работающих приборов, схем автоматических и регистрирующих систем, обращая внимание на режимы их работы. Следить за тем, чтобы дверки щитов и приборы были закрыты. В случае выхода из строя средств КИПиА слесарь обязан предупредить технологический персонал и приступить к устранению неисправности. На подготовленном к ремонту оборудовании, на пульты управления вывесить плакат «НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТАЮТ ЛЮДИ» или «НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТА НА ЛИНИИ».

При замене РДШ отключают электроэнергию, воздух и вывешивают плакат «НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТАЮТ ЛЮДИ». При открытии или закрытии форматора-вулканизатора рабочий должен находиться за пультом управления.

Проверка исправности МИМов и УПУ производится в присутствии вулканизаторщика, слесаря МИМ или бригадиров КИПиА, проверку производить при снятой диафрагме и недозакрытом форматоре-вулканизаторе, с зазором между паровыми камерами 50 - 70 мм.

Открытие и закрытие МИМов осуществляется через УПУ включением и отключением пневмораспределителей наружного параметра. Подачу параметров производит слесарь КИПиА.

При подаче любого энергопараметра слесарь КИПиА предупреждает вулканизаторщика и слесаря МИМ словесно: «Включаю» или «Отключаю».

Замену УПУ производить при вывешенном плакате «НЕ ВКЛЮЧАТЬ - РАБОТАЮТ ЛЮДИ». И отключенном технологическом оборудовании.

При эксплуатации приборов КИП и А необходимо учитывать:

- правильность установки;

- среду в которой устанавливается прибор;

- время следующей поверки и ремонта;

- правильность настройки;

- особенности схемотехники;

- правильность подключения;

- перед эксплуатацией средств автоматизации должны быть изучены оперативные схемы и технические паспорта.

В производственных условиях эксплуатировать и производить ремонт разрешается только обученному, и в совершенстве знающему все особенности оборудования персоналу. Посторонние личности не имеют право эксплуатировать или ремонтировать приборы.

Ремонт приборов производить только в отключенном состоянии, при этом необходимо отключить напряжение выключателем, проверить и убедиться в отсутствии напряжения на приборе, снять плавкие вставки и на выключателе повесить плакат "Не включать - работают люди".

После демонтажа электрооборудования электрические провода после отключения от прибора, должны быть обязательно заизолированы.

При ремонте вторичных приборов и преобразователей необходимо помнить, что при отключенном состоянии прибора на конденсаторах длительное время сохраняется напряжение, при замене конденсаторов их необходимо разрядить посредством изолированного проводника, соединив выводы конденсатора между собой и с корпусом прибора. В приборах искробезопасного исполнения категорически запрещается производить ремонт и замену узлов и элементов, обеспечивающих искробезопасность.

Запрещается обтягивать и производить замену карманов термопар и других датчиков температуры на аппаратах и трубопроводах под давлением. При демонтаже датчиков температуры необходимо надеть защитные очки и рукавицы.

Замену датчиков температуры на газовых линиях и аппаратах производить только после оформления наряда-допуска на газоопасные работы. При замене датчиков (карманов, термобаллонов и т.д.), ослабление гаек, обеспечивающих герметичность соединения датчика с аппаратом или трубопроводом, производить плавно и, если появится пропуск измеряемой среды (продукта, газа), то необходимо затянуть гайки и доложить об этом мастеру, старшему оператору для принятия мер по ликвидации неполадки. При монтаже датчиков температуры на аппарате или трубопроводе необходимо обратить особое внимание на качественное соединение датчика с трубопроводом или аппаратом и обеспечить полную герметичность на рабочих параметрах.

При снятии приборов для проверки и ремонта необходимо надеть защитные очки, перекрыть запорные вентили и убедиться, что они не пропускают продукт, сбросить давление, плавно отпустить соединительную гайку, при этом придерживая штуцер у прибора другим ключом.

Если запорные органы не держат, то необходимо закрыть дренажный вентиль, схему восстановить в исходное положение и доложить об этом мастеру КИПиА.

При устранении неисправности в импульсной линии необходимо надеть защитные очки, перекрыть запорный вентиль, сбросить давление с линии и устранить неисправность.

Неисправность на действующем технологическом оборудовании можно устранить только после отборного вентиля и при условии, если он не пропускает. При возможном случае забивания грязью или окалиной вентиля у прибора для его замены необходимо соблюдать следующий порядок:

а) надеть защитные очки, закрыть отборный вентиль;

б) постепенно ослабить соединительную гайку на импульсной линии у прибора, при этом, придерживая штуцер ключом, плавно сбросить давление с импульсной линии, наблюдая за снижением давления по прибору;

в) при снижении давления до нуля и по прекращению выхода измеряемой среды заменить дренажный вентиль.

При снятии дифманометров в ремонт, необходимо закрыть рабочие вентили на приборе, открыть уравнительный вентиль, сбросить давление с прибора и убедиться в том, что рабочие вентили не пропускают, затем плавно открутить соединительные гайки у прибора, при этом придерживая вторым ключом рабочий вентиль.

Работы, связанные со вскрытием импульсных линий производить только в защитных очках. Демонтаж и ремонт импульсных линий на действующем технологическом трубопроводе можно производить только при отключенных импульсных линиях со стороны диафрагм. При этом необходимо соблюдать следующий порядок:

а) закрыть рабочие вентили на диафрагме и сбросить давление с импульсных линий;

б) убедиться в том, что рабочие вентили не пропускают.

Ремонт в линиях производить только при отсутствии давления в них. Работы, связанные с ремонтом диафрагм и отборных устройств на диафрагме до отборных вентилей на действующем трубопроводе строго ЗАПРЕЩАЮТСЯ.

Демонтаж и монтаж диафрагм, ротаметров, электромагнитных расходомеров, ультразвуковых расходомеров и других приборов, которые непосредственно устанавливаются на трубопроводе и являются его составной частью, производится механической службой .

Ремонт регулирующих клапанов выполняется только после их демонтажа с технологического трубопровода. Допускается мелкий текущий ремонт клапана по месту, с оформлением наряда допуска на газоопасные работы при производстве следующих мероприятий :

1) набивке сальникового уплотнения;

2) снятии крышки клапана для проверки внутренних элементов регулирующего органа.

Оформление наряда-допуска на производство газоопасных работ, отключение регулирующих клапанов запорной арматурой, сброс остаточного давления на отключённом участке трубопровода, а также подготовка (промывка, пропарка) клапана к ремонту выполняется технологическим персоналом.

Демонтаж клапана для ремонта и монтаж его после ремонта выполняется специалистами служба главного механика.

Запрещается ослаблять или подтягивать гайку сальникового уплотнения на не отключённом запорной арматурой регулирующем клапане.

Правила безопасности при работе с электрооборудованием КИП и А в системах ПАЗ.

В перечень электрооборудования КИП и А и системы ПАЗ входят: датчики, преобразователи, релейные и полупроводниковые логические схемы, вторичные приборы (контроллеры, регистраторы), устройства световой и звуковой сигнализации, исполнительные устройства и связи между ними.

Ремонтные работы, включают в себя проверку правильности срабатывания релейных схем сигнализации и блокировки, настройку датчиков, чистку и регулировку контактов всех типов реле, прозвонку сигнальных проводов, замену приборов всех типов и элементов систем КИП и А.

Слесарь КИП и А при работе с электрооборудованием должны соблюдать требования правил электробезопасности и инструкции по эксплуатации и ремонту приборов взрывозащищенного исполнения.

Для исключения электротравматизма персоналу, обслуживающему и эксплуатирующему электрооборудование, необходимо выполнять специальные требования:

1. Оборудование, длительно находящиеся в резерве, перед установкой проверять на стенде для определения его состояния.

2. Не допускать попадания воды на прибор.

3. Перед пуском в работу электрооборудования, необходимо произвести его осмотр.

При осмотре обратить внимание на следующее:

- корпус прибора должен быть заземлен;

- вывода электрокабелей должны быть уплотнены и защищены металлорукавом;

- все электрооборудование по виду исполнения должно соответствовать проекту.

Электрооборудование должно быть немедленно отключено в случаях:

- появление дыма или огня из корпуса прибора;

- несчастного случая с человеком, связанного с работой данного оборудования;

- нагрева корпуса прибора сверхдопустимого.

Об обнаруженных недостатках и неисправностях в работе технологического оборудования, могущих вызвать аварию или несчастный случай, необходимо немедленно сообщить мастеру или бригадиру.

4. Запрещается ремонт и открытие взрывозащищенного оборудования или ремонт приборов без снятия напряжения.

5. Ремонтные работы пневматики, гидравлики проводятся специальным персоналом.

6. Изоляция высоковольтного оборудования должна периодически подвергаться испытанию, заключающемуся в измерении сопротивления изоляции и испытание её электрической прочности повышенным напряжением.

2. Расчетная часть

2.1 Расчет сужающего устройства.

1. Исходные данные:

Среда вода перегретая.

Расход пара max (Qmax кг/с) 0,6.

Расход пара min (Qmin кг/с) 0,2.

Давление воды до СУ (Pи кгс/см2) 15.

Внутренний диаметр трубопровода (Д20, мм) 50.

Барометрическое давление (Рб кгс/см2) 1,027.

Температура воды до СУ(t, єC) 170.

Материал трубопровода Сталь 20.

Материал диска 1Х18Н10Т.

Определение недостающих данных.

Выбор типа СУ и дифманометра: ДК 4-50, Метран 350

Поправочный множитель на тепловое расширение материалов трубопровода и диска диафрагмы.

(К't)2 = 0,9992; (Kt)2 = 1,0002

Абсолютное давление среды:

Pa = Pи + Рб

Pa = 15 + 1,027 = 16,027 кгс/см2.

T1 = 160C; P1 = 13.5 кгс/см2; t2 = 170C; P2 = 16.5 кгс/см2.

Плотность воды при рабочих условиях P и T.

с1 = 999,0 кг/м3; с2 = 1000,3 кг/м3; с3 = 996,5 кг/м3; с4 = 997,8 кг/м3.

с'1 = с1 + (с2 - с1)(Pабс - Р1)/(Р2 - Р1).

с'1 = 1000,095 кг/м3.

с'2 = с3 + (с4 - с3) (Pабс - Р1)/(Р2 - Р1).

с'2 = 997,7262 кг/м3.

с2 = с'1 + (с'2 - с'1)(t - t1)/(t2 - t1).

с2 = 998,9106 кг/м3.

Определение вспомогательной величины С:

,

где Qм.пр - верхний предел измерения дифманометра; 0,0125 - поправочный коэффициент; D - диаметр трубопровода, p - плотность воды.

C = 2,024388.

Определяем максимальное число Рейнольдса:

где Qмах - максимальный придел измерения дифманометра, 1,2744 - поправочный коэффициент, D - диаметр трубопровода, p - плотность воды, - динамическая вязкость, Re max = 14892,56

Определение минимального числа Рейнольдса:

где Qмin - минимальный придел измерения дифманометра, 1,2744 - поправочный коэффициент, D - диаметр трубопровода, p - плотность воды, - динамическая вязкость.

Re min = 7446,279;

Определение коэффициента расхода:

б = (0,5959 + 0,0312 m1.05- 0,184 m4 +0,0029m1.25) ,

где m - относительная площадь диафрагмы, Re - число Рейнольдса.

б = 0,6236103.

Относительное отклонение :

= ,

где - предельный перепад давления.

= 0,08250475.

Оптимальный модуль равен m = 0,2134325.

Значение коэффициента шероховатости Кш = 1,007019.

Расчет диаметра отверстия диафрагмы:

d20 =

где D - внутренний диаметр трубопровода, Kt - поправочный множитель на тепловое расширение материала СУ.

d20 = 23,10405 мм.

Проверка относительного отклонения:

Если величина < 0,1, то расчет выполнен правильно: = 0,08250475 < 0,1.