Реферат автоматизация производства кирпича

Обновлено: 05.07.2024

Вопросы равномерного увлажнения и тщательного перемешивания массы с добавками в производстве кирпича играют решающую роль. Качественным будет только тот кирпич, который изготовлен из однородной по составу и влажности глиняной массы. Для этой цели служат одно и двухлопастные горизонтальные смесители. Чаще используют двухвальные, как более производительные. Шихта поступает на два последовательно установленных лопастных смесителей. Глинистое сырье и добавка в заданной пропорции непрерывно разгружаются в смесители и смешиваются насаженными на валы вращающимися лопастями. Производительность и качество обработки глинистой массы зависят от угла наклона лопастей - чем угол больше, тем больше производительность смесителя, ухудшается качество переработки. Оптимальное перемешивание обеспечивается углами поворота лопастей в пределах 10-30 0 .

Туннельные сушила, по сравнению с камерными, являются более механизированными, и сушка кирпича производится почти без регулировки при установленном режиме. И, наконец, в отличии от камерных сушил, в туннельных сушилах создаются более благоприятные, мягкие условия для сушки: сформованный кирпич-сырец попадает в среду влажного с небольшой температурой теплоносителя. По мере высыхания кирпича-сырца и продвижения вагонеток к выгрузочному концу кирпич встречает теплоноситель с более высокой температурой и менее насыщенной влагой. Сроки сушки в туннельных сушилках меньше, однако все это достигается подбором температуры, влажности, скорости и количества теплоносителя.

Однако туннельные сушилки обладают рядом недостатков, основными из которых являются: увеличенная металлоемкость, требуют стабильной загрузки и выгрузки в течение суток (которая невозможна при односменной работе); обеспечивает выпуск качественной продукции только при равенстве температур загружаемого сырца и мокрого термометра психрометра отработанного теплоносителя сушилки.

В технологии керамического кирпича обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией его изготовления. Процесс обжига керамического кирпича заключается в высокотемпературной обработке сформованного и высушенного кирпича-сырца при заданных температурах в определенной газовой среде. Под влиянием теплового воздействия в керамических массах происходит ряд физико-химических процессов, в результате которых формуются наиболее важные свойства и структура кирпича, определяющие его техническую ценность - прочность, плотность, морозостойкость и др.

Режим обжига представляет собой комплекс взаимосвязанных факторов: скорости подъема температуры, конечной температуры обжига, длительности выдержки при конечной температуре, характера газовой среды и скорости охлаждения. В процессе нагрева при различных температурах в материале керамических изделий происходит ряд сложных физико-химических явлений, вызывающих изменение его свойств.

В процессе обжига могут использоваться различные виды печей, однако в современной индустрии производства кирпича, безусловно, основное положение занимают туннельные печи. Основными преимуществами работы на туннельных печах являются улучшение условий труда рабочих и экономия топлива. Невысокий расход топлива объясняется тем, что в туннельной печи зоны неподвижны и, будучи однажды нагреты, сохраняют свою температуру и не требуют попеременного нагревания и охлаждения, как это имеет место в кольцевых печах. Серьезным преимуществом туннельной печи является возможность автоматизации управления тепловым процессом. Производительность печи 25 млн.шт. условного кирпича в год. Печь представляет собой прямой канал образованный стенами и плоским покрытием из сборных элементов жаростойкого бетона.

1.2 Проектные предложения

Основной загрязняющий фактор в воздействии силикатной промышленности на окружающую среду – это пыль, возникающая при приготовлении сырьевых смесей, дозировании, перемешивании, тонком измельчении и особенно при сушке и обжиге сыпучих материалов. Пыль силикатных производств имеет высокую дисперсность (количество частиц менее 5 мкм доходит до 60%) и содержит значительное количество свободного оксида кремния.

В то же время, например, при производстве кирпича пылевыделение в смесеприготовительном отделении в 12-15 раз превышает допустимые нормы. Даже на участках погрузки и разгрузки кирпича запыленность в 2-3 раза выше допустимых концентраций. Причины повышенного загрязнения воздуха – отсутствии надежной герметизации технологического оборудования, местных отсосов, вакуумной пылеуборки, эффективной общеобменной вентиляции. На мой взгляд, нужно беречь здоровье рабочего персонала и устанавливать как можно больше пылеуловителей, принцип действия которых основан на использовании гравитационных, инерционных и электростатических сил. Такие, например, как пылеосадительные камеры (грубая очистка), сухие и мокрые циклонные аппараты (первая ступень очистки), тканевые рукавные фильтры и электрофильтры (окончательная очистка).

Теперь что касается изготовления кирпича, известно каждому, что керамический кирпич высокого качества может быть получен только при полном разрушении исходной структуры глин, тонком измельчении и тщательном перемешивании расходных материалов до получения однородной массы. Как мне кажется, в технологическую схему изготовления керамического кирпича следует добавить еще и бегуны для более тщательного измельчения глины. Хотя на заводе выбран самый лучший способ приготовления глиняных масс.

2.1 Теоретические основы процессов

Механическая обработка глинистых материалов оказывает существенное влияние на качество керамического кирпича. Поэтому при устройстве оборудования для переработки керамических масс следует выбирать машины в точном соответствии с отличительными свойствами сырьевых материалов и требованиями, предъявляемыми к готовым изделиям. Чтобы получить изделия требуемого качества, необходимо разрушить ее природную структуру, получить пластичную массу, однородную по вещественному составу, влажности и структуре, а так же придать массе надлежащие формовочные свойства.

Процесс измельчения материалов является весьма сложной операцией и зависит от их однородности, плотности, вязкости, твердости, формы кусков, влажности и т. д.

Процесс формования можно разделить на три операции: получение из керамической массы бруса требуемого поперечного сечения, разрезка сплошного глиняного бруса на части, перекладка сформованного кирпича-сырца на транспортные устройства для направления в сушилки.

Кирпич, изготовленный пластическим прессованием, содержит влагу, которая должна быть удалена, чтобы придать кирпичу механическую прочность и подготовить к обжигу. Сушкой называется процесс удаления влаги из материалов путем ее испарения.

Сушка является очень ответственной операцией, нарушение ее режима может привести к растрескиванию изделий. Основой сушки должен быть режим, обеспечивающий равномерное удаление влаги по всей толще сырца, - при различной влажности слоев создаются усадочные напряжения, вызывающие трещиноватость и деформацию. Особенно опасно образование поверхностной сухой корки за счет интенсивного высыхания поверхности. При сушке изделий стремятся создать оптимальный режим, то есть режим, при котором получают качественные изделия без трещин в минимальные сроки при возможно меньших затратах тепла и электроэнергии. Сушку кирпича производят конвективным методом, то есть методом, при котором влага испаряется в следствие теплового обмена между изделиями и теплоносителем. В качестве теплоносителя используется горячий воздух с зоны охлаждения печи. Горячий воздух является одновременно и теплоносителем, и влагопоглотителем, так как передает кирпичу-сырцу тепло и поглощает его влагу.

В интервале температур 0-150°С происходит досушка - удаление физически связанной воды. Давление водяных паров внутри нагреваемого кирпича достигает значительных величин уже при температуре 70°С и возрастает с повышением температуры.

Удаление химически связанной воды (дегидратация) происходит в зоне обжига в интервале температур 150-800 0 С. В начале зоны обжига при нагревании сырца до 300-400 0 С удаляется химически связанная вода из гипса, водных оксидов железа и других соединений.

При нагреве до 500-600 0 С начинается разрушение каолинита (Аl 2 О 3 * Si0 2 *2Н 2 0).В этот же период выгорают органические примеси. В результате разложения каолинита и удаления из сырца химически связанной воды происходит полная потеря пластичности.

Аl 2 О 3 * Si0 2 *2Н 2 0 = Аl 2 SiО 5 + 2Н 2 0

При нагреве до 600-700 0 С из углекислого кальция СаСО 3 и магния MgCO 3 , если они содержатся в глине, удаляется углекислый газ (С0 2 ). Реакция происходит спокойно, при этом объем изделия не уменьшается и несколько увеличивается пористость кирпича, которая способствует беспрепятственному удалению воды и летучей части органических веществ. Этот период нагрева, включая период дегидратации и модификационных изменений кварца, является практически безопасным и его можно производить с высокой скоростью (100-200 0 С/ч).

СаСО 3 = CaО + СО 2 ; MgCO 3 = MgО + СО 2

При нагревании свыше 700ºС начинается уплотнение черепка изделия, его спекание и изменение цвета. Процесс спекания состоит в том, что некоторые минералы, находящиеся в глине, под действием высокой температуры вступают в химические взаимодействия друг с другом, образуя легкоплавкие соединения. К таким минералам в первую очередь относится кремнезем (Si0 2 ), вступающий в химические соединения с щелочами (К 2 0, Na 2 0, CaO, MgO) и оксидами железа (FeO, Fe 2 0 3 ).

При этом образуется стекловидное вещество, которое частично заполняет пустоты (поры) в кирпиче и цементирует частицы других минералов. Следовательно, механическая прочность кирпича зависит от количества размягченной стекловидной массы, получающейся при обжиге. В зависимости от химического состава сырья температура обжига кирпича колеблется между 950 и 1100ºС. Подъем температуры следует прекращать на этапе, обеспечивающем появление минимально необходимого количества жидкой фазы для образования спаек и связок между частицами глинообразующих минералов.

Этот период нагрева, связанный с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительными структурными изменениями кирпича, опасен в отношении трещинообразования.

После взвара следует выдержка обожженного кирпича при высокой температуре для выравнивания температуры по всей толще кирпича в течение 4-8 часов, обеспечивающая равномерное распределение жидкой фазы, более полного созревания черепка и протекания реакций.

Пройдя зону обжига, печная вагонетка с кирпичом поступает в зону остывания. В этой зоне происходит остывание кирпича по заданной кривой от 1000°С до 50°С.

При 800-750°С керамический кирпич находится в тугопластичном состоянии и переходит в твердое состояние и в начальный период при падении температуры на 100-200°С керамические материалы претерпевают термическое сжатие и деформируются пластически, подвергаясь незначительным нагрузкам, поэтому необходимо замедлять охлаждение во избежание появления напряжений, при быстром охлаждении в кирпиче могут появиться трещины. При этом допускаемая величина температурного перепада по толще кирпича не должна превышать 30 0 С. Опасным периодом также считаются участок температурной кривой 650-500°С в связи с обратным превращением а-β-кварц. Допустимая скорость охлаждения на этом участке составляет для полнотелого кирпича 250-300°С, для кирпича с пустотами 350-400 ºС.

Охлаждение изделий в интервале 650-500 0 С характеризуется модификационным изменением кварца (573 0 С) с уменьшением объема на 0,82%. Скорость охлаждения в этом интервале не должна превышать 150°С/час. Дальнейшее охлаждение изделий (от 500 0 С и ниже) ограничивается лишь условиями внешнего теплообмена.

Окислительное начало обжига рекомендуется с целью сжигания природных органических примесей глины и введенных в массу выгорающих добавок, несгоревшие остатки которых при окончании спекания изделий могут препятствовать их уплотнению или даже вызвать вспучивание. Поэтому при температуре 800-850 ºС выдержаивают изделие в окислительной среде до полного выгорания коксового остатка. После достижения материалом этой температуры и при дальнейшем его нагреве положительное влияние на качество готовой продукции и активизацию процесса обжига оказывает восстановительная среда. Это объясняется присутствием закиси железа (FeO), которая в отличии от окиси железа (Fе 2 O 3 ) обладает высокой реакционной способностью по отношению к основным компонентам глины. Закисные соединения железа при температуре выше 600 0 С связываются с другими окислами и способствуют выводу окиси алюминия (глинозема) из кристаллической решетки глинистых минералов. Это приводит к более раннему созреванию материала, повышению прочности и морозостойкости керамических изделий.

2.2 Характеристика сырья и готовой продукции

Исследования на глину были проведены в Центральной лаборатории Средне-Волжской геологической экспедиции (г.Нижний Новгород), полузаводские - в Уфимском филиале «Госоргтехстрома.

Выполнение комплекса работ по введению в эксплуатацию систем автоматизации кирпичного завода на основе технологии полусухого прессования и печи обжига со съемным сводом (электромонтажные и пуско-наладочные работы, программирование системы автоматизации на основе контроллеров Siemens Simatic S7 и SCADA-системы WinCC)

Расположение объекта: пос. Малые Дербеты, республика Калмыкия, Россия.

Кирпичный завод по производству керамического кирпича методом полусухого пресования, печь обжига со съемным сводом.

Технология включает в себя технологическую линию прессования и печь обжига.

Технологическая линия полусухого прессования

Технологичесская линия полусухого прессования состоит из следующих узлов:

- подачи сырья - глины

- отделения металлических примесей

- отделения твердых примесей

- сушки глины до необходимой влажности прессования

- дробления глины до состояния мелкой фракции

- отделения мелких фракций от крупных

- накопительных бункеров готового пресс-порошка

- пресса полусухого прессования

Состав системы управления:

6ES7 314-1AG13-0AB0 PLC контроллер CPU 314

6ES7 321-1BL00-OAA0 - модуль ввода дискретных сигналов 32 in*24V - 4 шт

6ES7 322-1BL00-OAA0 - модуль вывода дискретных сигналов 32 out*24V - 3 шт

6ES7 360-3AA01-0AA0 - и нтерфейсный модуль IM 360

6ES7 361-3CA01-0AA0 - и нтерфейсный модуль IM 361
6ES7 307-1BA00-0AA0 - блок питания - 2 шт

6ES7 343-1CX10-0XE0 коммуникационный процессор Ethernet CP 343

6ES7 953-8LG11-0AA0 МИКРОКАРТА ПАМЯТИ MMC 128 КБАЙТ

6AV6647-0AB11-3AX0 ПАНЕЛЬ ОПЕРАТОРА KTP600 BASIC MONO PN 5,7"

частотные преобразователи Danfoss, двигатели, датчики, контакторы, пневматика и др.

На удаленных станциях управления использованы контроллеры Delta Electronics

Теплогенератор сушильного барабана

6ES7 214-1BE30-0XB0 Контроллер S7-1200 CPU 1214C

6ES7 221-1BF30-0XB0 модуль ввода дискретных сигналов S7-1200 8 in*24V - 1 шт

6ES7 234-4HE30-0XB0 модуль ввода-вывода аналоговых сигналов S7-1200 4AI / 2AO in*24V - 1 шт

6AV6647-0AB11-3AX0 ПАНЕЛЬ ОПЕРАТОРА KTP600 BASIC MONO PN 5,7"

6EP1 332-1SH71 - Блок питания PM1207 24 VDC/2.5 A

Печь обжига кирпича со съемным сводом.

Печь обжига состоит из 24 камер обжига и 2-х переходных камер. На каждые 2 камеры обжига установлен шкаф с процессором S7-314 и соответсвующей периферией для

- измерения температуры и разряжения в камерах обжига и передачи их на центральный процессор печи

- управления процессом обжига

- регистрации аварийных ситуаций и передачи их на центральный процессор печи

На одном из шкафов установлен процессор S7-315 с коммуникационным процессором Ethernet CP 343, который помимо вышеизложенных функций еще выполняет функцию центрального процессора печи - собирает данные о состоянии всех камер обжига кирпича, а также информацию о состоянии дымососа печи для визуализации процесса на компьютере с использованием SCADA системы WinCC.

Дымосос печи регулируется частотным преобразователем автоматически в соответствии с заданным разряжением, что сказывается на качестве продукта и энергоэффективности процесса обжига кирпича!

6ES7 315-2AH14-0AB0 PLC контроллер CPU 315 - 1 шт

6ES7 314-1AG13-0AB0 PLC контроллер CPU 314 - 11 шт

6ES7 321-1BL00-OAA0 - модуль ввода дискретных сигналов 32 in*24V - 14 шт

6ES7 322-1HH01-OAA0 - модуль вывода дискретных сигналов 16 out*120/230VAC - 14 шт

6ES7 331-7NF00-OAB0 - модуль ввода аналоговых сигналов сигналов 8 AI - 12 шт

6ES7 360-3AA01-0AA0 - интерфейсный модуль IM 360 - 2 шт

6ES7 361-3CA01-0AA0 - интерфейсный модуль IM 361 - 2 шт
6ES7 307-1BA00-0AA0 - блок питания - 14 шт

6ES7 343-1CX10-0XE0 коммуникационный процессор Ethernet CP 343

6ES7 953-8LG11-0AA0 МИКРОКАРТА ПАМЯТИ MMC 128 КБАЙТ 12 шт

6AV6 642-0BC01-1AX1 ПАНЕЛЬ ОПЕРАТОРА TP 177B 5,7" - 2 шт

Визуализация процессов кирпичного завода.

Визуализация процесса выполнена на основе SCADA системы Siemens WinCC.

На экран компьютера выводится состояние всех узлов и механизмов технологической линии, отображается состояние печи обжига с указанием всех температур, разряжений, состояний клапанов и датчиков. Задаются параметры процессов. Выводится индикация аварийных и предупредительных ситуаций, а также их архивирование.

Пояснительная записка содержит 47 листов, 17 рисунков, 3 таблицы, 1 лист графического материала.

ПРЕДПРИЯТИЕ, ПРОИЗВОДСТВО, АНАЛИЗ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА, ЩИТЫ, ПРОЕКТНАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ, ПУЛЬТЫ, ПРОВОДКА, МНЕМОСХЕМА, SCADA-СИСТЕМА

Цель курсовой работы — разработать рабочую документацию проекта автоматизации процесса обжига керамического кирпича в туннельной печи. Для осуществления поставленной задачи был проведен анализ процесса как объекта управления, определены основные каналы воздействия и выбрана общая структура управления. С учетом этого были составлены функциональная и принципиальная схема автоматизации процесса обжига кирпича в туннельной печи, обоснована конфигурация промышленного контроллера, произведена разработка проектной документации на щиты и пульты, схемы соединений и подключения внешних проводок, рассчитана надежность электрических схем управления проектируемой системы. В качестве практической реализации предложен вариант мнемосхемы SCADA-системы данным процессом.

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация производственных процессов – одно из важнейших направлений технического процесса ведущих отраслей народного хозяйства. Широта автоматизации управления различными процессами во многом характеризует общий уровень и культуру производства.

Автоматизация освобождает человека, прежде всего, от физически легких, но часто повторяющихся и поэтому наиболее утомительных операций, требующих напряжённого внимания, быстроты реагирования и точности движений, исключает участие человека, в управлении процессом, обеспечивает объективность и высокую точность его осуществления, т. е. позволяет повысить качество продукции; даёт возможность увеличить скорости протекания процесса, т. е повысить производительность труда; позволяет централизовать управление несколькими процессами в одном пункте.

Преимущество автоматизации особенно ярко выявляются при использовании электрической энергии. Поэтому в настоящее время большинство автоматических устройств являются электрическими устройствами или устройствами, имеющими в качестве основных электрические и электромеханические элементы.

Одним из важнейших направлений в создании материально-технической базы является комплексная механизация и автоматизация производственных процессов.

При комплексной механизации ручной труд, как на основных, так, и на вспомогательных участках производственного процесса заменяется работой механизмов. Вручную выполняются только работы, связанные с управлением механизмами. Комплексная механизация не только повышает производительность труда, но и облегчает труд человека.

Под автоматизацией производства понимают применение устройств, позволяющих осуществлять производственные процессы без непосредственного участия человека, но под его контролем.

Автоматизированная система осуществляет контроль и управление технологическим процессом цеха по производству силикатного кирпича, который представляет собой увлажненную смесь извести и песка, а также его укладку в автоматическом режиме на вагонетки. АСУ ТП управляет револьверным прессом цеха и механизмами загрузки, а также автоматами-укладчиками готовой продукции с пресса и укладки силикатного кирпича на транспортную вагонетку.

Задачей автоматизированной системы является управление в ручном и автоматическом режиме производством силикатного кирпича для повышения эффективной работы цеха, обеспечения беспрерывной работы цехового оборудования и формирования продукции необходимого качества. В договора на создание АСУ ТП был разработан рабочий проект, выполнены монтажные / шеф-монтажные / пуско-наладочные работы системы, выполнена установка промышленных кондиционеров и сплит-систем в цеху и операторной, разработано ПО контроллеров и АРМ оператора.

Описание подсистем АСУ ТП цеха производства силикатного кирпича:
1. подсистема управления прессом силикатного кирпича:
- подает силикатную смесь в бункер пресса;
- управляет процессом прессования сырца;
- снимает кирпич с пресса на транспортер с подает его на автомат-укладчик;
- защищает оборудование и выполняет аварийную сигнализацию;
2. подсистема управления укладкой кирпича на вагонетку:
- снимает кирпич с транспортерного накопителя;
- подает вагонетки в автоматическом / ручном режиме;
- укладывает пакеты на вагонетку в автоматическом / ручном режиме.

Основные характеристики автоматизированной системы:
1. Количество сигналов ввода/вывода, в т.ч.: 110
- аналоговых каналов измерения: 10
- дискретных входных сигналов: 76
- дискретных выходных сигналов: 14
2. Количество шкафов и пультов управления: 3
3. Количество контроллеров: 2

Особенности АСУ ТП цеха производства силикатного кирпича:
1. регулирует силу прессования для обеспечения равномерной плотности силикатного кирпича и его прочности;
2. осуществляет удлиненное наполнение для производства сложных форм;
3. реализует отбраковку силикатного кирпича в процессе производства;
4. блокирует работу пресса в случае некачественной смеси;
5. чистит загрузочный бункер пресса по ходу работы;
6. реализует мягкую укладку силикатного кирпича на транспортную вагонетку;
7. позволяет задать различные варианты укладки кирпича в зависимости от поставленных задач и возможностей оборудования.

Структура автоматизированной системы:
1. шкаф управления пресса:
- частотные преобразователи для приводов пресса;
- пускатели для силового оборудования цеха;
2. пульт управления пресса:
- переключатели / кнопки для управления прессом и механизмами;
- промышленный контроллер для управления прессованием, регулировки и блокировок;
- панель оператора для ввода параметров, настройки регулятора, задания уставок и т.д.;
3. шкаф управления укладчика:
- преобразователь частоты;
- промышленный контроллер для управления транспортировки кирпича в зависимости от поставленных задач;
- панель оператора для ввода настроечных параметров.

Эффективность внедрения АСУ ТП цеха производства силикатного кирпича:
1. повысилось качество силикатного кирпича (улучшен процесс прессования и уменьшена жесткость укладки кирпича на транспортную вагонетку);
2. повысилась эффективность работы оборудования;
3. повысилась надежность системы управления (диагностика подсистем, улучшенные алгоритмы защиты оборудования).

АСУ ТП цеха производства силикатного кирпича

Просто нажмите на кнопку нужного Вам сервиса и данная статья будет сохранена.

Читайте также: