Технологический процесс производства обуви из пластизолей ПВХ как объект автоматизации

 

 

Содержание

 

 

 

Введение

Сложность, многообразие, многосвязанность параметров современных технологических процессов требуют для эффективного управления создание человеко-машинных систем управления, получивших название автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).

В состав легкой промышленности входит большое количество разнообразных производств – это производство кожи и меха, искусственной кожи, швейных изделий, изделий из кожи и др. Каждое из них характеризуется своими специфическими задачами в области автоматизации, что объясняется огромным разнообразием производственных процессов, использующих механические, химические, физико-химические и другие методы обработки сырья и полуфабрикатов.

Повышение качества выпускаемой продукции невозможно без повышения уровня автоматизации легкой промышленности. Автоматизация значительно улучшить качество продукции при увеличении производительности, улучшении условий труда и увеличении экономической эффективности производства.

В соответствии с заданием на курсовой проект необходимо спроектировать АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ.

В первой главе данного проекта был описан выбранный моделируемый технологический процесс, были сформулированы требования, предъявляемые к разрабатываемой системе.

Во второй главе разработана функциональная схема и схема информационных потоков. Описаны алгоритмы функционирования АСУТП.

В третьей главе произведен выбор контроллера, датчиков и исполнительных механизмов.

В четвертой главе разработано программное обеспечение АСУТП производства полимерной обуви в программной среде Trace Mode.

 

 

1. Технологический процесс производства обуви из пластизолей ПВХ как объект автоматизации

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУТП) – совокупность аппаратно-программных средств, осуществляющих контроль и управление производственными и технологическими процессами; поддерживающих обратную связь и активно воздействующих на ход процесса при отклонении его от заданных параметров; обеспечивающих регулирование и оптимизацию управляемого процесса.

АСУТП предназначены для оптимизации технологических процессов производств и повышение их эффективности путем автоматизации, базирующейся на использовании современных средств вычислительной и микропроцессорной техники и эффективных методов и средств контроля и управления.

Одними из главных преимуществ АСУТП является снижение, вплоть до полного исключения, влияния так называемого человеческого фактора на управляемый процесс, повышение надёжности системы, полный контроль за работой оборудования за счет формирования архивов и отчётов.

В рамках данного курсового проекта, согласно заданию, требуется спроектировать иерархическую (двухуровневую) АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ на базе IBM PC-совместимых промышленных рабочих станций и контроллеров с разработкой аппаратной и программной частей для технологического объекта.

1.1 Выбор объекта моделирования

В состав легкой промышленности входит большое количество разнообразных производств – это производство кожи и меха, искусственной кожи, швейных изделий, изделий из кожи и др.

При разработке АСУТП в легкой промышленности необходимо учитывать разнообразие процессов обработки (механические, химические), большую неоднородность сырья, отсутствие объективных числовых показателей качества полуфабрикатов, специфические свойства элементов изделий.

К объектам, для которых целесообразно создание АСУТП, относится, например, производство обуви из пластизолей ПВХ. При производстве обуви из пластизолей ПВХ требуется с высокой точностью поддерживать на заданном уровне или изменять по заданному закону большое количество различных параметров. Решение данной задачи невозможно без повышения уровня автоматизации.

Технологическая сложность процесса определяется наличием большого числа контролируемых переменных и взаимодействий между ними. Эксплуатационная сложность состоит в том, что оператор должен соблюдать последовательность операций в соответствии с жестким временным расписанием или оперативно реагировать на непредсказуемые изменения переменных величин процесса. Автоматизированное ведение процесса позволяет своевременно изменять множество переменных.

Поэтому объектом автоматизации в данном проекте выбрано производство обуви из пластизолей ПВХ.

1.2 Описание технологического процесса

На рисунке 1.1 изображена схема производства обуви из пластизолей ПВХ.

Рисунок 1.1 – Схема производства обуви из пластизолей ПВХ

 

1 – бункеры для смолы;

2 – насос для пластификаторов;

3 – емкость для хранения пластификаторов;

4 – дозатор для смол;

5 – мерники-дозаторы для пластификаторов;

6 – смеситель пластизоля для  оболочки;

7, 9 – счетчики;

8 – смеситель для каблучного пластизоля;

10 – вакуум-насосы;

11 – фильтр.

 

Технологические схемы производства обуви из пластизолей поливинилхлорида (ПВХ) включают несколько операций: смешение пластизолей, подача их в систему литьевого конвейера, изготовление оболочки обуви на конвейере. На стадии смешения раздельно готовят пластизольные композиции для оболочки и для каблука.

На рис. 1.1 представлена схема смешения композиций.

Смолы ПВХ из бункерного склада 1 системой пневмотранспорта подаются в порционные весы 4. Смеси пластификаторов закачиваются насосами 2 из подземных емкостей 3 и через автоматические дозаторы 5 загружаются в смесители 6. Из порционных весов смолы по пневмопроводу подают на смешение и вакумирование в емкости 6. Композицию для каблука готовят в смесительной емкости 8, где также осуществляется вакуумирование. После вакуумирования, непосредственно перед подачей каблучной композиции на конвейер, в нее вводят катализатор, инициатор и пасту-краситель.

Готовую композицию оболочки по трубопроводу насосами 10 подают через фильтр 11 и счетчик на конвейер.

 

1.3 Краткие технические требования к разрабатываемой системе

К разрабатываемой АСУТП предъявляются следующие технические требования:

• система должна осуществлять сбор, обработку и регистрацию данных о состоянии ТОУ и подавать управляющие воздействия на ТОУ;
• построение АСУТП ведется по многоуровневой иерархической структуре, для уменьшения времени проектирования, повышения живучести системы;
• программное обеспечение должно обеспечивать визуализацию технологического процесса, а так же показания всех датчиков, для полноценного наблюдения за технологическим объектом;
• емкость смесителя пластизоля для оболочки – 50 м3;
• емкость смесителя для каблучного пластизоля – 50 м3;

 

1.4 Выводы к главе 1

В ходе работы над первой главой курсового проекта был выбран моделируемый технологический процесс, приведено его описание, были сформулированы основные требования к разрабатываемой модели технологического процесса.

На базе материала приведенного в первой главе возможно проведение дальнейшей разработки модели, в частности разработка функциональной схемы, построение программных блоков, имитирующих поведение реальной системы, а так же структуры базы каналов SCADA-системы.

 

 

2 Разработка функциональной схемы автоматизации АСУТП производства обуви из пластизолей ПВХ

2.1 Структурная схема АСУТП

Структурная схема АСУТП приведена на рисунке 2.1.

 

Рисунок 2.1 – Структурная схема АСУТП

 

АСУТП построена по многоуровневой иерархической схеме. Нижний (нулевой) уровень иерархии – датчики, предоставляющие информацию верхним уровням, и исполнительные механизмы, получающие сигналы управления. Следующий (первый) уровень иерархии – контроллеры технологических объектов. Система АСУТП должна включать в контур управления человека, принимающего решения по пуску останову системы. Оператор взаимодействует с верхним уровнем АСУТП – АРМ.

Связи между структурными блоками характеризуют информационные потоки АСУТП. Потоки от вышележащих уровней несут к подчиненным команды и управляющие сигналы. Потоки от подчиненных уровней к вышестоящим уровням несут информацию о состоянии системы.

 

2.2 Функциональная схема АСУТП

Функциональная схема автоматизации приведена на рисунке 2.2.

 

Рисунок 2.2 – Функциональная схема автоматизации

 

Места расположения датчиков и исполнительных механизмов выбраны, исходя из следующих положений:

1. Вентиль 1 предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 1 в порционные весы 1;
2. Вентиль 2 предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 2 в порционные весы 2;
3. Вентиль 3 предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 3 в порционные весы 3;
4. Вентиль 4 предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель пластизоля для оболочки 1;
5. Вентиль 5 предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 2 в смеситель пластизоля для оболочки 2;
6. Вентиль 6 предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель 3 для каблучного пластизоля;
7. Вентиль 7 предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 1;
8. Вентиль 8 предназначен для закачки смеси пластификаторов из мерника-дозатора 1 в смеситель пластизоля для оболочки 1;
9. Вентиль 9 предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 2;
10. Вентиль 10 предназначен для закачки смеси пластификаторов из мерника-дозатора 2 в смеситель пластизоля для оболочки 2;
11. Вентиль 11 предназначен для закачки смеси пластификаторов из подземных емкостей в мерник-дозатор 3;
12. Вентиль 12 предназначен для закачки смеси пластификаторов из мерника-дозатора 3 в смеситель 3 для каблучного пластизоля;
13. Вентиль 13 включает насос 1 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;
14. Вентиль 14 включает счетчик 1 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;
15. Вентиль 15 включает насос 2 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;
16. Вентиль 16 включает счетчик 2 для подачи готовой композиции через фильтр на конвейер;
17. Вентиль 17 включает насос 3 для подачи готовой каблучной композиции на конвейер;
18. Вентиль 18 включает счетчик 3 для подачи готовой каблучной композиции на конвейер;
19. Датчик LSA 19 контролирует уровень пластизоля для оболочки в смесителе 1;
20. Датчик LSA 20 контролирует уровень пластизоля для оболочки в смесителе 2;
21. Датчик LSA 21 контролирует уровень каблучного пластизоля в смесителе 3;
22. Вентиль 22 предназначен для включения насоса, который закачивает пластификаторы из подземных емкостей в автоматические дозаторы;
23. Датчик WIA 23 измеряет массу смолы, поступившей в дозатор для смол 1;
24. Датчик WIA 24 измеряет массу смолы, поступившей в дозатор для смол 2;
25. Датчик WIA 25 измеряет массу смолы, поступившей в дозатор для смол 3;
26. Датчик WIA 26 измеряет массу смолы, поступившей в мерник-дозатор 1;
27. Датчик WIA 27 измеряет массу пластификатора, поступившего в мерник-дозатор 2;
28. Датчик WIA 28 измеряет массу пластификатора, поступившего в мерник-дозатор 3;
29. Датчик WIA 29 измеряет массу пластизоля, поступающего на конвейер из смесителя 1;
30. Датчик WIA 30 измеряет массу пластизоля, поступающего на конвейер из смесителя 2;
31. Датчик WIA 31 измеряет массу пластизоля, поступающего на конвейер из смесителя 3;

 

2.3 Разработка схемы информационных  потоков

Общая структура взаимодействия любой АСУТП с технологическим объектом управления может быть представлена в виде, приведенном на рисунке 2.3.

 

Рисунок 2.3 – Обобщенная схема информационных потоков АСУТП

 

АСУТП в процессе функционирования работает с двумя агрегатными потоками:

1) Потоком данных от  технологического объекта управления. В него входит вся информация о состоянии ТОУ, поступающая в автоматизированную систему.

2) Потоком регулирования. В него входят все управляющие  воздействия АСУТП адресуемые  объекту управления.

С учетом описания моделируемого процесса, приведенного в первой главе, можно конкретизировать обобщенную схему, выделить и классифицировать потоки информации, циркулирующие в системе. Обычно помимо деления на входные и выходные потоки делятся еще на дискретные и аналоговые. Схема информационных потоков для взаимодействия АСУТП с разрабатываемой системой приведена на рисунке 2.4. На схеме обозначены направления потоков, а также вид сигнала (аналоговый ∩, дискретный #) и разрядность.

 

Рисунок 2.4 – Схема информационных потоков

 

Входные потоки:

19 – уровень пластизоля для оболочки в смесителе 1;

20 – уровень пластизоля для оболочки в смесителе 2;

21 – уровень каблучного пластизоля в смесителе 3;

23 – масса смолы в  дозаторе 1;

24 – масса смолы в  дозаторе 2;

25 – масса смолы в  дозаторе 3;

26 – масса пластификатора  в мернике-дозаторе 1;

27 – масса пластификатора  в мернике-дозаторе 2;

28 – масса пластификатора  в мернике-дозаторе 3;

29 – масса пластизоля, поступающего на конвейер из  смесителя 1;

30 – масса пластизоля, поступающего на конвейер из  смесителя 2;

31 – масса пластизоля, поступающего на конвейер из смесителя 3.

 

Выходные потоки:

1 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 1 в порционные весы 1;

2 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 2 в порционные весы 2;

3 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол ПВХ из бункерного склада 3 в порционные весы 3;

4 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель пластизоля для оболочки 1;

5 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 2 в смеситель пластизоля для оболочки 2;

6 – управление вентилем, который предназначен для подачи смол на смешение из порционных весов 1 в смеситель 3 для каблучного пластизоля;