книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

алгоритм контроля и управления процессом обжига цементного клинкера во вращающихся печах длиной 150 м;

алгоритм управления процессом помола клинкера в цементных мельницах размером 2,6 X 13 м;

алгоритм расчета оптимального химического состава сырья; алгоритм оперативного управления отделением помола и транс­

портным цехом; алгоритм планово-экономических расчетов.

По названным алгоритмам производственными процессами уп­ равляют на основе применения управляющей вычислительной ма­ шины «Тбилиси-1». Эта машина создана институтом ТНИИСА по техническому заданию Гипроцемента, НИИЦемента, ИПУ и ВИАСМ специально для цементного завода.

ния обеспечивает стабилизацию расхода шлама по массе сухого сырья, расходу газа по температуре и давлению, а также регу­ лирование режима обжига по влажности, химическому составу и расходу шлама.

Алгоритм управления процессом помола клинкера рассчитан на многокамерные шаровые мельницы открытого цикла. Управля­ ющее воздействие вырабатывается по промежуточному акустическо­ му сигналу и выходному сигналу тонкости помола цемента. Внедре­ ние данного алгоритма способствует повышению средней марки це­ мента. Алгоритм расчета оптимального состава сырьевой смеси пре­ дусматривает расчет химического состава многокомпонентной сырье­ вой смеси по заданным соотношениям массы между компонентами, что обеспечивает нормальное протекание последующих технологи­ ческих процессов и снижение стоимости продукции. Алгоритм опе­ ративного управления отделением помола и транспортным цехом относится к последнему по ходу технологического процесса участ­ ку производства: склад клинкера — отделения помола — цемент­ ные силосы — транспортный цех — отдел сбыта. В момент поступ­ ления на завод очередной партии вагонов для погрузки цемента по данному алгоритму определяют план отгрузки. При этом обеспечи­ вается равномерность отгрузки по направлениям, а также ликви­ дируется возможность переполнения или опорожнения силосов ни­ же допустимого уровня. Алгоритмы планово-экономических расче­ тов позволяют механизировать работу части управленческого персо­ нала при помощи УВМ, повышают степень оперативности проведе­ ния расчетов и принятия решений по их результатам.

Задачи, которые решают в первую очередь, следующие: состав­ ление плана по труду и заработной плате; расчет норм запасов сырья и материалов; контроль за уровнем производственных запасов. Ре­ шение этих задач позволяет иметь нормативные запасы материалов,

260

не допускать образования сверхнормативных запасов и исключает потери вследствие отсутствия нужных материалов на складе.

Собственно управляющая вычислительная машина «Тбилиси-1» состоит из двух частей: центральной и периферийной. Центральная часть — центральный вычислитель (процессор) и центральное уст­ ройство связи с объектом (УСО-Ц) — по своей структуре и харак­ теристикам близка к вычислительным машинам средней производи­ тельности. Периферийные устройства связи машины с объектом (УСО-П) служат для сбора и преобразования информации от анало­ говых и релейных преобразователей, а также для выдачи сигналов управляющих воздействий на исполнительные механизмы и элек­ тронные регуляторы. К периферийным устройствам связи с объек­ том, установленным по одному в каждом из отделений производст­ ва (сырьевом, печном и цементном), подключают преобразователи и регулирующие органы всех типов, применяемых в цементной про­ мышленности. УВМ «Тбилиси-1» связана как с электронными регу­ ляторами, так и непосредственно с исполнительными механизмами, что позволяет применять два способа управления: прямой и косвен­ ный. Главным звеном структуры УВМ «Тбилиси-1» является цен­ тральный вычислитель, выполняющий как математические и логи­ ческие операции по алгоритмам (программам) контроля и управле­ ния, так и функции автоматической регистрации параметров и вы­ работки управляющих сигналов.

Функциональные возможности этой машины позволяют выпол­ нять нужную последовательность операций. Процессор через устрой­ ство связи с объектом — центральное УСО-Ц — выдает сигнал опроса преобразователя, относящегося к одному из отделений, в со­ ответствующее устройство связи с объектом. По этой команде релей­ ный коммутатор УСО-П поочередно кратковременно подключает цепи преобразователей к устройствам, преобразующим электри­ ческий аналоговый сигнал преобразователей в числовой двоичный код. В соответствии с этим импульсы через УСО-П и УСО-Ц пере­ даются в запоминающее устройство (БЗУ) процессора. Принятый код используется программой (алгоритмом) как исходная информа­ ция для сравнения значения данного параметра, представленного в виде числового кода, с нормой, также находящейся в запоминаю­ щем устройстве процессора в виде числового кода.

. В результате вычислений и логических операций, проведенных процессором по программе, вырабатывается управляющее воздей­ ствие, которое серией импульсов передается через УСО-Ц в УСО-П, где срабатывает выходное реле, включающее соответствующий ис­ полнительный механизм или задатчик электронного регулятора. Опрос преобразователей производится индивидуально (адресный опрос) или серией (групповой опрос).

Быстродействие УВМ «Тбилиси-1» (в 1 с) следующее: операций типа сложения 30 тыс., операций типа умножения 2 тыс. Скорость опроса датчиков (в 1 с): аналоговых 5, релейных 1000.

В УВМ «Тбилиси-1» предусмотрено совмещение во времени вы-

полнения некоторых операций на основе применения буферного за­ поминающего устройства. Кроме того, в машине использована раз­ витая система прерывания программы, обеспечивающая обработку информации по приоритетному принципу. Например, групповой опрос преобразователей каждым УСО-П производится одновремен-

Рис. XIII.12. Структурная схема аппаратурного комплекса АСУП «Цемент-1» на базе УВМ «Тбилиси-1»

но с работой процессора по любой вычислительной программе, а по окончании опроса вырабатывается сигнал прерывания работаю­ щей программы. УВМ «Тбилиси-1» построена на основе агрегатно­ го принципа, что позволяет в определенных пределах расширять состав ее устройств. Вся электронная аппаратура расположена в унифицированных шкафах и состоит из первичных элементов се­ рии «Урал».

Система программирования состоит из программ, реализующих алгоритмы управления, которые представлены в кодах УВМ

262

«Тбилиси-1». Операционная система подразделяется на несколько частей: *

программа-диспетчер, организующая совместное функциониро­ вание программ централизованного контроля и автоматического управления производственными процессами, а также программа стандартного обеспечения машины; при этом обеспечивается распре­ деление массивов информации по запоминающим устройствам раз­ личных типов, происходит учет приоритетов различных факторов, относящихся к разным участкам производства;

библиотека стандартных программ, содержащая типовые вы­ числительные и логические операции, наиболее часто употребляе­ мые в различных алгоритмах управления;

набор специальных программ, по которым осуществляются дей­ ствия, носящие служебный для УВМ характер: ввод информации в МОЗУ с перфокарт и пультов, представление информации опера­ тору и т. п.

Система программирования основана на применении формализо­ ванного языка «ФОРМАЛ» и автокода нескольких модификаций.

При привязке УВМ «Тбилиси-1» к аппаратуре промышленной автоматики производства Себряковского завода принят принцип совмещения действия УВМ с работой локальных систем автомати­ ческого регулирования и стабилизации. Это достигается при помо­ щи релейного коммутатора УВМ, переключающего на время опроса (0,4 с) цепи очередного преобразователя со входа электронного ре­ гулятора или вторичного прибора на вход УСО-П. Управляющие сигналы также могут выдаваться на исполнительные механизмы и задатчики регуляторов двояко. В частности, шаговыми задатчи­ ками, предназначенными для работы от УВМ, в случае необходимо­ сти можно управлять вручную. Система связи УВМ с объектом при сохранении цеховых постов управления позволяет обеспечить функ­ циональный резерв, предотвращающий потери вследствие отказов машинных устройств. Для обмена информацией в системе «человек — машина» на отдельных производственных участках предусмотрена установка телетайпов и пунктов ручного привода.

В качестве следующего объекта, на котором будут внедряться технические решения, полученные в процессе эксплуатации АСУП «Цемент-1» состава первой очереди, будет служить второе производ­ ство этого цементного завода. Работы по комплексной автоматиза­ ции Себряковского цементного завода продолжаются, но уже сей­ час экономический эффект, получаемый заводом от автоматизации, составляет около 500 тыс. руб. в год.

Комплексная автоматизация в результате решает следующие за­ дачи: обеспечивает рост производительности труда; повышает сред­ нюю марку цемента; снижает себестоимость продукции и удельный расход топлива. Не менее зажно и большое социологическое значе­ ние, повышение общей культуры производства.

Структурная схема аппаратурного комплекса АСУП «Цемент-1» на базе УВМ «Тбилиси-1» представлена на рис. XIII. 12.

Г Л А В А XIV

АВТО М АТИ ЗАЦ И Я ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМ ИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИИ

Увеличение выпуска керамических изделий в последние годы произошло в основном за счет лучшего использования производст­ венных мощностей, внедрения более совершенной технологии и вне­ дрения автоматизированного оборудования. Достигнутые успехи стали возможны в результате большой работы, проведенной коллек­ тивами керамических предприятий в содружестве с научно-иссле­ довательскими и проектно-конструкторскими организациями. Не­ смотря на высокие темпы роста выпуска продукции, улучшению ее качества и расширению ассортимента внимания уделялось недоста­ точно. Основным резервом повышения качества керамических изде­ лий является строгое соблюдение параметров технологии на всех переделах производства, внедрение метода сдачи продукции с пер­ вого предъявления, что может быть достигнуто при помощи внедре­ ния средств автоматизации. В последующие годы увеличение объемов производства будет сопровождаться техническим перевооружени­ ем промышленности при обязательном улучшении качества выпу­ скаемой продукции.

Для современного развития керамической промышленности ха­ рактерно внедрение новых технологических процессов и эффектив­ ного оборудования. НИИСтройкерамикой разработаны поточно­ автоматизированные линии для производства керамических пли­ ток с обжигом в щелевых печах, на базе которых намечается техническое переоснащение плиточных заводов. В промышленности работают около 30 таких автоматизированных линий, позволивших уже сейчас резко сократить затраты труда, повысить качество изде­ лий и снизить отходы производства. При внедрении новой техноло­ гии отпадает необходимость применения гребенок, капселей и спе­ циального огнеупора для вагонеток, а горизонтальное расположе­ ние плиток дает возможность увеличить толщину глазурного покры­ тия и улучшить товарный вид продукции. Внедрение этих линий позволило ликвидировать такие виды брака, как наплывы глазури, засорка и следы гребенок. Выход облицовочных плиток первого сор­ та достиг 60%, а плиток для полов — 90%.

Проводятся работы по созданию поточно-автоматизированных линий для производства керамических плиток большой производи­ тельности — до 400—500 тыс. м3 в год. ПКБ НИИСтройкерамики

264

разработаны установки для прессования крупноразмерных коврово­ узорчатых плиток. Машиностроительные заводы начали серийный выпуск поточно-автоматизированных линий для производства обли­ цовочных плиток мощностью 250 тыс. м2, башенных распылитель­ ных сушилок различной производительности.

Новая технология гидростатического прессования позволяет резко улучшить процесс изготовления санитарно-технической кера­ мики и повысить производительность труда в 8 раз. Установки, ра­ ботающие по этой технологии, являются основой создания поточно­ го конвейерного высокомеханизированного производства санитар­ но-технических изделий.

§ XIV.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ШИХТЫ

Керамические массы состоят из глинистых и тонкомолотых ка­ менистых материалов — каолина, глины, отощающих компонентов и плавней. Одним из распространенных методов формования кера­ мических изделий является пластическое формование. Другой ме­ тод, который применяют для формования изделий сложной формы — метод шликерного литья. Влажность массы для пластического фор-

Рис. XIV.1. Схема определения скорости ультразвука

мования должна быть в пределах 18—25%, а влажность литейного шликера в зависимости от состава — в пределах 31—35%. Откло­ нение влажности пластичной массы от заданной средней величины для каждого вида изделий не должно превышать ±0,5% , шликера ±0,8, что обеспечивает хорошую текучесть шликера и скорость его оседания, достаточную для набора черепка.

С целью создания метода непрерывного контроля влажности пластичных масс и шликера непосредственно в потоке институтом ВИАСМ был предложен ультразвуковой метод, в основу которого положена зависимость скорости распространения ультразвуковых волн от упругих свойств материала. Этот метод обеспечивает бес­ контактный и- непрерывный контроль влажности. В нем использо­ вана однозначная зависимость между величиной скорости распро­ странения ультразвука и влажностью массы в пределах І6—62%.

265

Высокая точность анализа и безынерционность передачи информа­ ции позволяют применять его в системах автоматического регули­ рования.

В общем виде схему определения скорости ультразвука можно представить так, как она изображена на рис. XIV.1. Схема вклю­ чает генератор электрических сигналов 1, преобразователь 2, прием­ ник 3 и схему измерения времени 4. Ультразвуковые сигналы соз­ даются в исследуемой среде при помощи пьезоэлектрического пре, образователя 5, возбуждаемого электрическим сигналом. Сигнал принимает аналогичный пьезопреобразователь 6, в котором акусти­ ческая волна преобразуется в электрический импульс. Расстояние между преобразователями называют базой Б. Скорость распростра­ нения ультразвука в материале определяют по формуле

Б

Метод позволяет относить вторичный прибор от преобразовате­ ля на большое расстояние. Шкалу прибора градуируют непосредст­ венно в процентах влажности. Преобразователи приборов могут быть установлены в потоке. Ввиду значительной зависимости ско­ рости распространения ультразвука от температуры материала в цепь вводят схему термокомпенсации, которая осуществляет регу­ лируемую временную задержку импульсов. Регулирующим элемен­ том схемы является термосопротивление. Термопреобразователь прибора помещают во внутреннюю полость вакуум-мялки, непо­ средственно перед мундштуком.

В последние годы распространение получило измерение влаж­ ности материалов радиотехническими методами с использованием сверхвысоких частот. Сущность измерения влажности этими мето­ дами заключается в том, что при прохождении электромагнитной волны через материал, влажность которого нужно определить, из­ меняется ее амплитуда и фаза. Мощность и фаза прошедшей волны зависят от количества влаги, содержащейся в материале, поэтому по степени изменения мощности или фазы колебаний можно судить о влажности материала.

Схема влагомера, в котором использован фазовый метод, пред­ ставлена на рис. XIV.2. Электромагнитные колебания, вырабаты­ ваемые генератором 2, проходят через аттенюатор 3 и излучаются ан­ тенной 4. Часть электромагнитной энергии через направленный от­ ветвитель 9 подается в качестве опорного сигнала на смеситель 8. Излучаемые колебания, прошедшие через материал 5, попадают в ан­ тенну 6 и далее через аттенюатор 7 поступают в смеситель 8. В ре­ зультате взаимодействия двух сигналов на выходе смесителя обра­ зуется низкочастотное напряжение модуляции, которое подается на генератор от модулятора 1. Далее напряжение низкой частоты

266

поступает на индикаторное устройство. Амплитуда этого напряже­ ния зависит от расстояния между антеннами 4 и 6. До начала испы­ таний фиксируют первоначальные показания индикатора. При установке образца показания индикатора изменяются. Перемеще­ нием приемника либо передатчика добиваются первоначальных по­ казаний индикатора. Величина перемещения соответствует опреде­ ленной влажности материала.

На рис. ХІѴ.З показана блок-схема влагомера, где в качестве основного элемента применен автодинный генератор, сочетающий в себе передатчик, приемник и детектор высокочастотных колеба­ ний. Сущность явлений при измерениях автодиннофазовым методом состоит в следующем. Высокочастотная энергия от автодинного ге­ нератора 1 излучается в пространство через антенну 2. Акустический

Кйндика- __

торным ы

истріГ Ц cmScч у

Рис. X1V.2. Блок-схема измерения влажРис. ХІѴ.З. Блок-схема влагомера ности при помощи супергетеродинного

приемника

вибратор 4, колеблющийся с низкой частотой, отражает высо­ кочастотную энергию, которая принимается той же антенной 2. В результате воздействия отраженного сигнала на автодин на его нагрузке выделяется напряжение низкой частоты. Колебания ви­ братора возбуждаются звуковым генератором 5. С нагрузки автоди­ на сигнал подается на индикатор. В пространство между вибрато­ ром и антенной вводят испытуемый материал 3. Это приводит к из­ менению фазы отраженной волны и к изменению показаний инди­ катора. Изменяя положения автодина или вибратора в пространст­ ве, устанавливают первоначальные показания индикатора.

Для автоматического непрерывного контроля влажности сыпу­ чих материалов используют установку, созданную Ленинградским институтом огнеупоров, и влагомер с емкостным преобразователем, разработанный Государственным институтом цветной металлургии.

Качественному приготовлению шихты во многом способствует автоматический контроль и регулирование загрузки транспортных средств. Автоматизация транспортных средств позволяет, кроме того, повысить их производительность, стабилизировать работу

иэкономично использовать электроэнергию. Без автоматизации транспортных средств невозможно автоматизировать склады сырья

ицехи подготовки сырьевых материалов.

Для контроля загрузки транспортных средств материалом при­ меняют два способа: бесконтактный и контактный. При бескон­

267

тактном способе используют емкостные, индукционные, вибрацион­ ные и акустические преобразователи, при контактном способе — электромеханические преобразователи, принцип работы которых основан на изменении положения рычага под действием проходя­ щего материала, вызывающем замыкание электрической цепи и по­ дачу сигнала о наличии или отсутствии материала на транспортном устройстве. Кроме того, применяют преобразователи, принцип ра­ боты которых состоит в том, что электроды помещены в слой мате­ риала, а величина проходящего электрического тока изменяется в зависимости от количества материала.

§ XIV.2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

Сушка — один из ответственных этапов технологического про­ цесса производства керамических изделий/ Остаточная влажность после сушки должна находиться в определенных пределах, откло­ нение от которых приводит к ухудшению качества изделий при об­ жиге.

Рис. XIV.4. Схема установки для определения влажности емкостным методом

Контроль влажности изделий в потоке после сушильного агре­ гата позволяет корректировать режим сушки и поддерживать влаж­ ность изделий в заданных пределах. Наиболее приемлемым в дан­ ном случае следует считать емкостный метод, основанный на измере­ нии емкости конденсатора, заполненного материалом, влажность которого нужно определить. Параметром материала, связанным с влажностью, является диэлектрическая проницаемость.

Синусоидальное напряжение высокой частоты от генератора 1 через разделительные конденсаторы С5— С7 поступает на резо-

268

нансный мост 2, состоящий из трех контуров (рис. XIV.4). Сигна­ лы, снимаемые с этих контуров, поступают на фазовый детектор 3.

L1C1 и L2C2 настраивают таким образом, что угол сдвига фаз между сигналом с этих контуров и опорным напряжением был равен 90°, а сигнал на выходе равен нулю. Изменение диэлектрической прони­ цаемости ведет к изменению рабочего сигнала и, следовательно, к разбалансу моста. В установке применен преобразователь с элек­ тродами 4, лежащими в одной плоскости.

Схема измерения с опорным контуром и измерителем с односто­ ронним контактом обладает достаточной чувствительностью и обе­ спечивает контроль влажности керамических изделий в рабочих условиях производства с погрешностью, не превышающей ±18% влажности.

Автоматизация процесса сушки керамических изделий. Для суш­ ки сырца применяют различные устройства, но наиболее современ­ ными следует считать туннельные сушилки непрерывного действия. В туннельных сушилках при помощи автоматического управления заслонками регулируют температуру теплоносителя в смесительной кемере, температуру среды и степени разрежения в туннелях по всей длине. В смесительной камере температуру регулируют изме­ нением количества холодного воздуха, который подается в камеру нагнетательным вентилятором. Автоматическое поддержание раз­ режения в туннелях достигается изменением положения регулирую­ щих заслонок дросселей в каналах, через которые отводится ис­ пользованный в туннеле теплоноситель. Относительную влажность теплоносителя определяют электронным психрометром с самопис­ цем. Число выходящих из сушилок вагонеток регистрируют на табло. Для контроля за нормальной работой механизмов преду­ смотрена сигнализация — световая и звуковая. Для облегчения эксплуатации все показывающие, самопишущие и регулирующие приборы, кнопки и ключи управления выведены на щиты управле­ ния. Там же установлены сигнальные лампы.

В распылительных сушилках процесс сушки пресспорошка так­ же автоматизирован. Институтом ВИАСМ создана для этой цели система автоматизации, которая приведена на рис. XIV.5. Система обеспечивает заданную влажность порошка на выходе из сушилки без использования ручного труда и дополнительного расхода топ­ лива. Она включает контроль основных технологических парамет­ ров и стабилизацию разрежения в башне сушилки путем изменения степени открытия шибера в дымососе. Постоянное разрежение умень­ шает количество подсосов атмосферного воздуха иобеспечивает безо­ пасность работы обслуживающего персонала. Подача газового топ­ лива автоматически регулируется в зависимости от температуры отходящих газов с одновременной коррекцией по расходу шликера. Это позволяет поддерживать постоянную влажность порошка на

269