CC BY
3УДК 681.513.2
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ЭКСТРУЗИОННОГО ЦЕХА
Половинкин Н.С., студент группы 14АТП(ба)ОП ,Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: nikitasp2684@gmail.com
Едиханов Э.Р., студент группы 14АТП(ба)ОП ,Оренбургский государственный университет, Оренбург
Жабаева В.А., студент группы 14АТП(ба)ОП ,Оренбургский государственный университет, Оренбург
Научный руководитель: Проскурин Д.А., канд. техн. наук, доцент кафедры систем автоматизации производства, Оренбургский государственный университет, Оренбург
Система охлаждения предназначена для охлаждения изделий прошедших процесс экструзии. Актуальность работы обусловлена высоким энергопотреблением, а так же частыми её отказами, что приводит к снижению производительности и увеличению издержек производства. Статья направлена на ознакомление с готовящейся к внедрению энергоэффективной системой охлаждения изделий экструзионного цеха.
Ключевые слова: система охлаждения, автоматизация технологических процессов, мнемосхема, система автоматического управления, экструзия.
Система охлаждения изделий экструзионного цеха представляет собой схему подачи воды в охладительные ванны экструдеров. Вода предназначается для охлаждения пластиковых труб диаметром 10, 20 мм, прошедших процесс экструзии. Необходимая температура воды 10±5 °С. Система предусматривает два режима работы: воздушный и чиллерный режим. Выбор режима работы завит от температуры окружающей среды, температуры воды в контурах, и прогнозируемых погодных условий окружающей среды. Время, требующееся на смену режима работы, составляет от 30 до 90 минут. Помимо этого, так как ванны открыты, в систему периодически попадает воздух, что приводит к остановке насосов.
Исходя из вышеперечисленных фактов можно утверждать, что на данный момент на предприятии ООО «Пластик» существует ряд проблем действующей системы охлаждения изделий экструзионного цеха:
1) Большое время на оценку условий и принятие решений о режиме работы системы;
2) Большое время на смену режимов работы системы;
3) Нестабильность работы существующей системы;
4) Отсутствие архива данных;
5) Большое энергопотребление системы.
Для устранения данных недостатков была поставлена актуальная задача - разработка автоматизированной системы охлаждения для уменьшения времени смены режима работы, улучшения стабильности работы системы, создания архива данных, а также снижение энергопотребления.
Достижение поставленной задачи возможно двумя путями:
1) Внедрение принципиально новой системы охлаждения труб;
2) Модернизация существующей системы охлаждения.
Второй вариант возможен не всегда, но может оказаться значительно выгоднее. К внедрению рекомендуется второй вариант, так как предварительные технико-экономические расчёты показали возможность модернизации.
Прорабатывая возможность модернизации, проведена разработка функциональной схемы автоматизации (ФСА) системы автоматического управления (САУ)[1], выполнен подбор оборудования, и разработано программное обеспечения (ПО) энергоэффективной системы охлаждения изделий экструзионного цеха. Предполагаемая система является глубокой модернизацией действующей системы.
Система состоит из двух независимых контуров охлаждения, обслуживающих по четыре единицы технологического оборудования. Первый контур включает в себя два насоса, два пластинчатых теплообменника, три чиллера, один воздушный охладитель, суммарной мощностью 556 кВт. Второй контур включает четыре насоса, два чиллера, два пластинчатых теплообменника и один воздушный охладитель, суммарной мощностью 430 кВт.
■ ■■■■■ ■ ■ ■ I Ш II
Рисунок 1 - Функциональная схема автоматизации
Программное обеспечение было разработано в среде CODESYS V3.5 SP7 [2] и настроено для работы с программируемым логическим контроллером ОВЕН CnK207.220.03.00.CS.WEB [3]. Программное обеспечение представляет собой четыре модуля, работающих параллельно:
1) Модуль опроса датчиков;
2) Модуль формирования управляющих воздействий;
3) Мнемосхема оператора;
4) Мнемосхема Веб-интерфейса;
Модуль опроса датчиков снимает показания датчиков и записывает их в память. Опрос датчиков осуществляется при помощи модуля ввода дискретных сигналов МВ110-32ДН [4] и модуля скоростного ввода аналоговых сигналов МВ110-8АС [5] фирмы OWEN.
Модуль формирования управляющих воздействий реализуется алгоритмом, анализирующим показания датчиков и данные архива. На основе этих данных формируется управляющий сигнал о дальнейшем режиме работы системы охлаждения. На следующем шаге алгоритма происходит автоматическое переключение между режимами работы и проходит диагностика системы на предмет выявления неполадок.
Блок схема системы управления приведена на рисунке 2. Система управления предусматривает режим воздушного, чиллерного и смешанного охлаждения. Помимо этого для каждого из контуров в режиме чиллерного охлаждения предусмотрен модификатор, отключающий часть чиллеров и выводящий из контура охлаждения первый и третий теплообменники, что позволяет существенно снизить энергопотребление в период колебания
температур окружающей среды. В отличие от проектируемой системы охлаждения действующая установка в чиллерном режиме задействует всё оборудование независимо от
температурных условии контура и воздуха на улице.
Рисунок 2 - Блок схема системы управления
Мнемосхема оператора отображает все ключевые параметры работы системы, архив данных, а так же осуществляет сигнализацию аварийных ситуаций. Помимо этого мнемосхема позволяет осуществлять управление системой охлаждения изделий экструзионного цеха в ручном режиме. Мнемосхема выводится непосредственно на СПК207 и включает в себя: экран контура №1; экран контура №2 (рисунок 3); экран журнала ошибок; экран ручного управления и экран архива данных.
Мнемосхема Веб-интерфейса повторяет по функционалу мнемосхему оператора, но контур №1, контур №2 и ручное управление приведены на одном экране (рисунок 4).
На сегодняшний день актуальной стадией проекта является тестирование ПО и отладка системы управления. Результатами работ по проекту стали:
1) Система автоматического управления технологическим процессом охлаждения изделий экструзионного цеха.
2) Программное обеспечение, настроенное и оптимизированное для работы с подобранным оборудованием.
Таким образом, ожидается, что от внедрения энергоэффективной системы охлаждения изделий экструзионного цеха действующее предприятие ООО «Пластик» получит:
- снижение времени переключения режима работы;
- повышение стабильности работы системы;
- снижение энергопотребления.
Вышеперечисленные эффекты от внедрения позволят повысить производительность и снизить энергопотребление.
Рисунок 3 - Экран контура №2
Рисунок 4 - Мнемосхема веб-интерфейса
Литература
1. Бесекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бесекерский, Е.П. Попов. - Санкт-Петербург: Профессия. - 2003. - 752 с.
2.Компьютерное управление производственным оборудованием: учеб. пособие / А.И. Сергеев, М.А. Корнипаев, А.С. Русяев; Оренбургский гос.ун-т. - Оренбург: ОГУ, 2013. -138 с.
3.Панельный программируемый логический контроллер ОВЕН СПК207. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.owen.ru/catalog/ - (дата обращения: 04.05.2017).
4. Модуль ввода дискретных сигналов МВ110-32ДН. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.owen.ru/- (дата обращения: 04.05.2017).
5. Модуль скоростного ввода аналоговых сигналов МВ110-8АС. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.owen.ru/ - (дата обращения: 04.05.2017).
