Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра "Электротехника, электроника и электромеханика"

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Зав. кафедрой

_____________О.А.Малышева

"____"___________20 г.

АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА РАСТВОРО-БЕТОННОЙ УСТАНОВКИ
Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе
БР 13.03.02 ПЗ – 648
Студент	В.В.Бросалин
Руководитель	Д.С.Фокин
Нормоконтроль	А.И.Моисеева

Хабаровск – 2017

ABSTRACT

In this thesis work is the development of automatic control system plaster concrete installation. During the work produced a study of the technical data of plaster, concrete installation, how it works, the study of deficiencies in other control circuits. I have developed a technical solution with application of frequency speed control of motors and the microprocessor control logic. Calculation and selection of necessary equipment, and electrical wiring equipment.

РЕФЕРАТ

Работа содержит 59 с., 3 рис., 16 табл., 8 источников, 0 прил.

РАСТВОРО БЕТОННАЯ УСТАНОВКА, РАБОЧИЕ МЕХАНИЗМЫ, АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО БЕТОНА, ЧАСТОТНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРИВОДОМ, СТРУКТУРНАЯ СХЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ, ПОДБОР ОБОРУДОВАНИЯ, РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНОГО ШКАФА, РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ОБОГРЕВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОМОНТАЖНОГО ШКАФА, ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ, ПРОГРАММА ДЛЯ ПЛК.

Целью дипломного проекта является разработка автоматизированной системы управления электроприводами типовой растворо бетонной установки.

Общая часть дипломного проекта содержит технические данные объекта автоматизации. Описан технологический процесс создания бетона. Изложено описание электрической схемы РБУ. Приведен анализ недостатков имеющейся электрической схемы. Рассмотрены положительные стороны применения частотного управления приводами для объекта автоматизации. Проведен анализ входных и выходных параметров системы, на основании чего составлена структурная схема автоматизированной системы управления с применением промышленного логического контроллера (ПЛК), частотного управления и человеко-машинного интерфейса. Изложено описание структурной схемы.

Специальная часть дипломной работы содержит расчеты и подбор электрооборудования и средств автоматизации. Разработаны принципиальные электрические схемы силовой цепи и цепи управления. Разработаны программы для ПЛК.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 8

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСТВОРО БЕТОННОЙ УСТАНОВКИ 11

1.1 Краткое описание существующей РБУ 11

1.2 Описание технологического процесса 13

1.3 Основные технические данные 14

1.4 Общие требования к системе управления 16

1.5 Основы технологии производства бетона и железобетона 18

2 АНАЛИЗ НЕОБХОДИМОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ РБУ 22

2.1 Инженерно-экономические предпосылки автоматизации РБУ 22

2.2 Достигаемые с технической точки зрения преимущества 24

3 АНАЛИЗ ВХОДНЫХ И ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ 26

4 РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РБУ 29

4.1 Расчет и выбор преобразователя частоты 29

4.2 Расчет и выбор ПЛК 31

4.2.1 Выбор модуля ЦП 31

4.2.2 Выбор модуля входных сигналов 33

4.2.3 Выбор модуля выходных сигналов 37

4.2.4 Выбор модуля питания 39

4.2.5 Выбор монтажного шасси 41

4.3 Выбор датчиков 42

4.3.1 Выбор расходомера 42

4.3.2 Выбор микроволнового датчика влажности 43

4.3.3 Выбор концевых выключателей 43

4.3.4 Выбор тензодатчиков 44

4.4 Расчет и подбор автоматических выключателей 44

4.4.1 Общие сведения 44

4.4.2 Выбор автоматического выключателя для защиты двигателя бетоносмесителя 45

5 РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ 48

6 РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ 50

7 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И ПРОГРАММИРОВАНИЕ ПЛК 52

7.1 Программа ПЛК в UNITY PRO 52

7.2 Описание алгоритма программы 54

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 58

ВВЕДЕНИЕ

Раство-бетонная установка (РБУ) — компактный стационарный узел по выпуску бетонных смесей разных марок. Она имеет конструктивное строение, позволяющее при минимальной площади рабочей площадки организовывать эффективное производство бетона. Широко используется для работы с удалёнными объектами, при строительстве дорог, мостов, коттеджей и других сооружений.

В настоящее время в России много устаревших растворо бетонных установок, которые сильно уступают по производительности современным РБУ. Владельцам устаревших РБУ сложно удержаться на рынке в связи с низким качеством выпускаемой продукции, малой скорости производства и необходимостью содержать больший штат работников (в сравнении с современными РБУ).

В рыночных условиях весьма важным условием является существенное повышение конкурентоспособности изделий и конструкций за счет снижения их материало и энергоёмкости, сокращения трудозатрат и других показателей их себестоимости.

С учётом изложенного, радикальное техническое перевооружение заводов, ориентированное на перспективу, должно осуществляться комплексно, на базе разработки технологичных в изготовлении конструкций и конструктивных систем нового типа.

В области производства стройматериалов сегодня повсеместно внедряются электронные системы дозирования.

Основные преимущества электронного весоизмерительного оборудования перед механическим:

– отсутствие необходимости в постоянных регулировках, характерных для механического оборудования;

– полное отсутствие влияния человеческого фактора на процесс и результат дозирования;

– высокая надёжность, малая погрешность (по сравнению с другими методами определения массы продукта), отсутствие влияния температурных факторов;

– значительное снижение времени дозирования с одновременным повышением точности;

– исключение погрешностей вызванных налипанием продукта на стенках дозаторов;

– возможность подключения к персональному компьютеру, что позволяет производить автоматическое дозирование по заранее утверждённым рецептам, в заданной последовательности;

– создание базы данных и быстрая передача информации на любое расстояние;

– возможность быстрого получения достоверной информации об объёмах использованного сырья и отпущенной продукции.
Оснастить действующее производство высокопроизводительной техникой выпускающей строительные материалы самого высокого качества можно двумя способами:

Лучший вариант — покупка нового комплекта оборудования у ведущих отечественных производителей. Преимущества очевидны – оборудование на современной элементной базе, не имеющее износа, стоимость дешевле иностранной техники в 1,5-3 раза при качестве, не уступающем качеству импортного. 

Недостатки:

– стоимость. Так цена современного РБУ, без установки, около 10 млн. рублей в зависимости от производительности и комплектации;

– для монтажа нового оборудования требуется или наличие свободной площади или остановка производства на довольно длительный срок. Если же отсутствуют свободные площади и не желательна остановка производства, можно пойти по второму пути и снижения стоимости – модернизировать существующее оборудование БСУ или АБЗ. 

Преимущества – стоимость на порядок ниже стоимости нового комплекта оборудования, для проведения модернизации не требуется остановки производства.

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ РАСТВОРО БЕТОННОЙ УСТАНОВКИ

1. Краткое описание существующей РБУ

Рабочие чертежи типового проекта "Типовая автоматизированная секция с бетонно - или растворо - смесителями емкостью 500-750 л" разработаны институтом Гипростроймаш Минстройдормаша СССР на основании:

- плана типового проектирования Госстроя СССР.

- протокола рассмотрения технического проекта в Госстрое СССР, утвержденного 16 августа 1972 гг.

Типовая автоматизированная секция предназначалась для производства товарных бетонных и растворных смесей, а также конструктивных тяжелых и керамзитобетонных смесей необходимых марок и подвижностей для обеспечения различных видов производств сборного железобетона и монолитных конструкций.

В секции предусматривалась установка следующего смесительного оборудования:

- смесителя принудительного перемешивания С-773 емкостью 500 л.

- смесителя гравитационного типа CБ-91 емкостью 750 л.

Типовая автоматизированная секция разрабатывалась в стационарном исполнении с металлическим каркасом и с ограждающими конструкциями из стеновых керамзитобетонных панелей.

По расположению на генплане секция разрабатывалась в двух исполнениях:

- пристроенная к главному корпусу завода железобетонных изделий для конструктивных смесей;

- отдельно стоящая для товарных смесей.

Выдача бетонной смеси в пристроенной секции производилась в самоходные бункеры бетоновозных эстакад (главного корпуса завода железобетонных изделий) через промежуточный самоходный бункер. Высота перекрытия установки смесителей над чистым полом первого этажа – 9 м. Выдача смесей может производиться на любую из двух бетоновозных эстакад.

В первой секции (пристроенной) предусмотрена выдача товарных смесей в автотранспорт.

В отдельно стоящей секции выдача производится только в автотранспорт, включая авторастворовоз.

Высота перекрытия установки смесителей при этом до отметки чистого пола первого этажа - 3,5 м.

Наклонная галерея для подачи заполнителей со склада разработана для секции двух высот:

- для пристроенной секции;

- для отдельно стоящей секции.

При этом высота отметки подачи заполнителей изменяется за счет изменения длины наклонной части галереи, путем установки вставки.

Угол наклона ленты конвейера - 18°.

При отдельно стоящей секции предусмотрены бытовые помещения, в виде одноэтажной кирпичной пристройки размером в плане 6х6 м, где размещаются душевые комнаты.

Каждая секция имеет в плане размеры 6х6 м.

Первая секция имеет пристроенную часть (инженерная секция) на высоту всей секции размером также 6х6 м, где размещаются:

- помещения электротехнических щитов и пультов управления;

- помещения для сантехнического и теплотехнического оборудования, технологического фильтра, приточной вентиляции, бойлерной;

- лестничная клетка и санузел.

Монтаж и демонтаж оборудования производится через съемные оконные панели.

Требования к материалам:

- заполнители, подаваемые в бетоносмесительную секцию, должны coответствовать техническим требованиям по ГОСТ;

для предотвращения сводообразобания, рекомендуемая влажность заполнителей по весу не должна превышать 4% для песка и 3% для щебня;

- цемент, подаваемый в расходные бункеры секции, не должен содержать посторонних предметов (бумаги, кусков схватившегося цемента, металла) и должен соответствовать действующему ГОСТУ на тот или другой вид цемента.

1. Описание технологического процесса

Процесс транспортирования, дозирования составляющих бетонной смеси и ее приготовления представлен на схеме технологического процесса БР 13.03.02 025 Э11

Тракт цемента

Подача цемента из склада в БСУ производится по пневмопроводу к двухрукавной течке и распределяется по расходным бункерам.

Из расходных бункеров с помощью подающего устройства (шнеков) цемент поступает в весовую емкость дозатора, дозируется и выгружается в бетоносмеситель.

Тракт заполнителей

Заполнители (песок, щебень, отсев) с помощью подающего устройства (шнек) подаётся на весовой транспортер. Где заполнители дозируются и выгружаются в скип с помощью ленточного конвейера, скип поднимается в верхнее положение и выгружает компоненты в бетоносмеситель.

Тракт воды и химических добавок

Вода из расходного бака самотеком поступает в дозатор, дозируется и подается в бетоносмеситель.

Химические добавки из расходных баков самотеком поступает в дозатор, дозируются и через дозатор воды, подается в бетоносмеситель.

Управление работой БСУ

Управление технологическим процессом (работой технологического оборудования) производится автоматизированной системой управления по заданным алгоритмам или оператором с пульта управления.

1. Основные технические данные

Основные технические данные РБУ представлены на таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Основные технические данные РБУ

1. Производительность техническая, м. куб./час 45
2. Бетоносмесительное оборудование:
тип бетоносмесителя	СБ-138
количество бетоносмесителей	1 шт.
емкость по загрузке/выходу, м. куб.	1,5/1,0
3. Емкость расходных бункеров. м. куб.:
Цемента	1х15
Щебень	1х20
Песок	1х20
Воды	1х5
Химических добавок	1х5
4. Дозатор цемента:
тип/количество	тензовесовой/1
пределы дозирования, кг	0-500
класс точности	1.0
5. Дозаторы заполнителей:
тип/количество	тензовесовой/1
пределы дозирования, кг	0-500
класс точности	2.0
6. Дозатор воды:
тип/количество	расходомер/1
класс точности	1.0
7. Дозатор химдобавок:
тип/количество	расходомер/1

Продолжение таблицы 1.1

класс точности	1.0
8. Система водоснабжения:
подача воды	от водопроводной сети
диаметр трубопровода ввода	Ду50
рабочее давление в системе, Мпа	0,5
9. Пневмосистема:
подача сжатого воздуха	от компрессора
рабочее давление в системе, Мпа	0,6
10. Электропитание:
Подключение	3-х фазная сеть напряжением 380В, 50Гц
11. Система управления технологическим процессом автоматическая (АСУ ТП)

Также рассмотрим основные характеристики бетоносмесителя СБ-138Б, которые представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Основные характеристики бетоносмесителя СБ-138Б

Модель смесителя бетона:	СБ-138Б
Объем по загрузке сухими составляющими, л	1500
Объем готового замеса, л
бетонных смесей	1000
строительного раствора	1200
Крупность заполнителя не более, мм	70
Мощность электрического двигателя привода, кВт	37
Рабочее давление в пневмоцилиндре, кгс/см2	6
Габаритные размеры, мм
Длина	2850
Ширина	2725

Продолжение таблицы 1.2

Высота	1860
Масса не более, кг	3500
К.П.Д., %	83

1. Общие требования к системе управления