Разработка системы автоматизации на базе ПО «Круг» и программируемых микроконтроллеров производства аккумуляторов

     - автомат литья цилиндров, предназначен для автоматического литья цилиндров из свинца качества от С3 до С00, используемых в дальнейшем в мельнице при получении окисленного порошка.

     - автомат разделения электродов, предназначена для автоматического разделения сдвоенных положительных и отрицательных электродов свинцово-кослотных стартерных аккумуляторных батарей.

     - выпрямитель бакового формирования, выпрямитель бакового формирования предназначен для формировки электродов свинцово-кислотных аккумуляторов в формировочных баках (ваннах).

     - литформа токоотводов, литформа токоотводов предназначена для литья токоотводов электродов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей из сурьмянистых, малосурьмянистых и кальциевых сплавов на автоматах «WIRTZ» или другом оборудовании подобного типа.

     - мельница помола пробки, предназначена для получения мелкодисперсной муки из пробковой крошки. Мука в дальнейшем применяется для получения суспензии, которую используют в качестве покрытия форм при литье свинцовых деталей аккумуляторов.

     - насос свинца , насос свинца предназначен для подачи свинцовых сплавов при температуре от 300°С до 500°С. Насос свинца применяется в установках расплава и разлива свинцовых сплавов, автоматах и полуавтоматах литья деталей и сборки методом литья.

     - пастонамазочная машина, предназначена для намазки сдвоенных (технологических) токоотводов пастой и последующей прокатки намазанных пластин для удаления влаги и уплотнения пасты.

     - перфоратор, предназначен для пробивки во внутренних перегородках корпуса батареи отверстий для сварки межэлементных соединений.

     - пост выявления КЗ – 750, представляет собой блок управления и генерирования тестирующего импульса и безопасный щуп с утопающими контактами.

     - ситовая мельница,  мельница предназначена для получения окисленного порошка свинца, применяемого для производства свинцово-кислотных аккумуляторов.

     - смеситель 600, предназначен для приготовления свинцовых паст.

     - смеситель ЗЛ,  предназначен для приготовления свинцовых паст. Применяется в производстве свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.

     - Установка заливки электролита, установка заливки электролита предназначена для заливки электролита в аккумуляторные батареи от 6 СТ 44 до 6 СТ 90. Установка может быть использована на участке батарейного формирования в производстве свинцово-кислотных аккумуляторных батарей, а также в предпродажной подготовке аккумуляторных батарей.

    - установка зачистки ушков, предназначена для зачистки ушков электродов свинцово-кислотных аккумуляторных батарей перед сборкой.

     - установка приварки крышки, предназначена для герметичной приварки крышки аккумуляторной батареи к корпусу.

     - установка расплава свинца (котел), установка расплава свинца предназначена для плавления свинца, свинцовых сплавов, в том числе свинцового лома.

     - установка резки волокна, предназначена для резки синтетических волокон и дозирования количества волокна по времени. Частицы волокна служат добавкой в свинцовую пасту, как связующее при производстве свинцово-кислотных аккумуляторов.

     На данный момент реализации проекта есть недостаток в средствах автоматизации и информационном обеспечении.

 

     2 Системно-технический синтез системы управления

 

     2.1 Цель  создания, критерии управления, требования  к системе управления

 

     По результатам  анализа содержания раздела 2 ПЗ формулирована цель создания  и функционирования системы автоматизации.  К основной цели создания системы автоматизации является снижение потребления и потери сырья и повышения качества продукции на фоне снижения количества браков. Высокая стоимость основного сырья и большие энергопотребления на формирование пластин требуют улучшения контроля и регулирования. Высокая токсичность основного сырья – свинца требует улучшения технологического процесса с целью снижения выбросов.

     После внедрения  проекта планируется снизить  потребление сырья и топлива и электроэнергии и улучить качество продукции при снижении количества браков. Снижение потребления сырья планируется достигнуть за счет улучшению работы фильтров свинцового порошка и снабжения датчиками положения для контроля положения отливки  перфорирования свинцовой ленты. Снизить потребление топлива за счет снабжения котлов плавки и томления свинца датчиками температуры, это позволить определять время оптимального нахождения свинца в котлах. Снижение браков и отходов производства снизить расходы на переплавку свинцового лома. Снижение потребления электроэнергии  вытекает из снижения объема обрабатываемого лома, за счет снижения браков и улучшения контроля процессом. Сложный в отношении браков является процесс намазки и сушки пластин, отклонения в составе свинцовой пасты и неправильный режим сушки приводит к повышению браков. Проект автоматизации планирует контролировать процесс намазки пластин с стадии получения свинцового порошка, производство пасты в смесителе и намазка ее на пластины. На этой стадии необходимо знать о влажности  свинцового порошка и содержании в ней окиси свинца. Процесс сушки пластин напрямую зависит от качества пасты и ее толщины. Автоматизация этой стадии должно значительно снизить время пребывания пластин в камере и способствовать улучшению качества образующего слоя за счет контроля температуры, влажности и времени пребывания пластин в камерах сушки.

 

     2.2 Декомпозиция  технологического объекта автоматизации

 

     Декомпозиция  ТОУ проводилась с учетом основного  оборудования. Ниже перечислены  типовые технологические процессы, полученные декомпозицией.

     Участок  приготовления свинцового порошка,  котел плавки свинца и автомат отливки свинцовых шариков.

 

    Рисунок 2.1 - Котел плавки свинца

 

    Котел плавки свинцового лома относиться типовому технологическому процессу котел. Котел граничит с автоматом отливки свинцовых шариков. Котел снабжен датчиками уровня, температуры. Свинец из котла выкачивается насосом свинца, который снабжен датчиком количества оборотов. Свинец на входе автомат отливки свинцовых цилиндриков измеряется термометром.

     Участок  приготовления свинцового порошка,  барабанная мельница.

 

     Рисунок 2.2 - Барабанная мельница

 

Барабанная мельница граничит с автоматом отливки  свинцовых цилиндриков и мешочным фильтром. Свинцовые цилиндрики поступают  в барабанную мельницу и перемалываются в свинцовую пыль. Барабан снабжен датчиками температуры, на выходе шаровой мельницы установлен расходомер. Охлаждение барабана производиться водой.

     Участок  приготовления свинцового порошка,  мешочный фильтр.

     Рисунок 2.3 - мешочный фильтр

 

Мешочный фильтр граничит с барабанной мельницей и бункером накопителем. Воздух из свинцового барабана поступает на мешочный фильтр и очищается от пыли, пыль в свою очередь поступает в бункер накопитель. Мешочный фильтр снабжен датчиком влажности для определения степени окисления порошка. На выходе фильтра установлены датчики температуры и расхода для контроля работоспособности фильтра.

     Участок  отлива и прокатки свинцовой  ленты, котлы плавки, томления  свинца.

 

 

    Рисунок 2.4 - Котлы плавки, томления свинца

 

    Котлы плавки и томления свинца граничат с автоматом отливки свинцовой ленты и автоматом литья пластин. Котлы снабжены насосами свинца для перекачки. Каждый котел снабжен датчиками уровня и температуры. Каждый насос снабжен датчиком количества оборотов. Температура свинца измеряется на входе из котла в котел. На входах автоматов имеются датчики температур. 

     Участок  производства электродов, смеситель  свинцовой пасты.

 

     Рисунок 2.5 - смеситель свинцовой пасты

 

Смеситель пасты граничит с бункером накопителем Е-2, емкостью электролита Е7-3, пастозамазочной машиной. Смеситель снабжен датчиками уровня. На ход смесителя поступает расширитель НЕ 631, волокна химические, свинцовая пыль, электролит. Электролит измеряется на концентрацию и на расход.    

     Структурная  схема структурная схема декомпозиции  ТОУ не учитывала потоки и  вспомогательное оборудование.

 

 

     Рисунок 2.6 - Структурная схема декомпозиции ТОУ

 

     Согласно  производственному плану необходимо за несколько лет увеличить производственную мощность в несколько раз. Это в свою очередь требует оперативного контроля над процессами и сбора статистической информации для выработки новых оптимизированных режимов работы установок. Исходя, из выше сказанного необходимо обеспечить оперативность контроля и регулирования процессом. Снабжение производства средствами автоматизации мировых производителей наряду с использованием оперативных дешевых и быстро функциональных контроллеров PIC16F84 согласно плану должно поднять производство на заданный уровень по качеству и производительности.

     К безопасности  функционирования необходимо учесть  наличия взрывоопасных участков (участок сборки аккумуляторов  имеет емкости с водородом  для пайки электродов), это требует  усиленного контроля над герметичностью аппаратов и хорошей вентиляцией. Следует исключить короткие замыкания, проверять наличия заземлений аппаратуры,  провода обеспечить хорошей изоляцией стойкой к агрессивным веществам, т.к. возможны аварийные утечки электролита или серной кислоты.

 

     2.3 Обоснование выбора управляющих функций АСУТП

 

     Выбор управляющих функций АСУТП обусловлен необходимостью получения полной картины по критическим участкам производства. Согласно плану производительная мощность предприятия должна за несколько лет возрасти в несколько раз, это требует сбора статистических данных для определения оптимальных режимов работы установок и поиска путей к улучшению качества продукции.

 

     2.3.1 Барабанная мельница

 

     Барабанные  мельницы относятся к машинам ударно-истирающего действия и по способу возбуждения движения мелющих тел делятся на мельницы с вращающимся барабаном, вибрационные и центробежные. Этот класс машин используется для грубого, среднего, тонкого и сверхтонкого помола горнохимического сырья, руд, известняка, клинкера, пигментов, солей, шлаков и других материалов.

 

     2.3.1.1 Расчет параметров барабанных шаровых мельниц

 

     Режим движения мелющих  тел в барабане, от которого  зависит эффективность помола, определяется  его угловой скоростью ω. При небольшой угловой скорости загрузка (мелющие тела и измельчаемый материал) циркулирует в нижней части барабана , поднимаясь по концентрическим круговым траекториям на некоторую высоту и затем скатываясь параллельными слоями вниз. Такой режим работы называют каскадным. При большей скорости центробежная сила инерции Ри превысит составляющую G cos α силы тяжести G шара, и последний не будет отрываться от стенки барабана даже в верхней точке C, т.е.

 

     mω2 R > mg                                                                                                     (2.1)

 

откуда критическая угловая  скорость вращения барабана будет равна

 

     ωк = g R                                                                                                           (2.2)

 

где m – масса шара, кг; R – внутренний радиус барабана, м.

     Большей эффективностью  помола характеризуется водопадный  режим движения шаров. Он реализуется  при частоте вращения барабана  меньше критической. При этом шары поднимаются, например в точку А , а затем, отрываясь от стенок, свободно падают по параболическим траекториям. Измельчение материала происходит под воздействием удара, а также, частично, раздавливания и истирания.

     Для определения условия  отрыва и свободного полета шара массой m его рассматривают как материальную точку, на которую действуют лишь массовые силы. Отрыв шара в точке А от стенки барабана происходит при условии mg cos α ≥ Pи . Следовательно, условие отрыва и свободного падения, которое можно получить из соотношения mg cos α ≥ mω2 R , имеет вид

 

     ω ≤ g cos α R                                                                                                   (2.3)

 

      Оптимальному углу  отрыва и частоте вращения  барабана соответствует максимальная  высота падения шара и его кинетическая энергия. В системе координат х – у высота падения шара определяется координатой ув точки соприкосновения шара со слоем после падения.

      Траектория движения  свободно падающего шара при  условии, что начальная скорость  шара υ направлена под углом α к горизонтали, представляет собой параболу, описываемую системой уравнений:

 

     x = υτ cos α ; y = υτ sin α − gτ 2                                                                    (2.4)

 

где υ – окружная скорость барабана, м/с; τ – время с момента отрыва шара, с.

      Подставив в эти уравнения выражение для скорости υ = ωR = R g cos α R и решив их совместно, получим значение текущей координаты

 

     у = xtgα −2 R cos 3 α                                                                                      (2.5)

 

     Так как  точка В находится на окружности  барабана, уравнение которой имеет  вид

 

     (x − R sin α )2 + ( y + R cos α )2 = R 2                                                           (2.6)

 

ее координаты находятся совместным решением двух предыдущих уравнений:

 

     xв = 4R sin α cos 2 α ;    yв = −4 R sin 2 α cos α                                            (2.7)