CC BY
36УДК 661
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК
Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.
ФГАОУ ВО "КФУ им. В.И. Вернадского"
Адрес: г. Симферополь, ул. Павленко, 3, корпус 2, к. 108
ГОУ ВПО «Луганский национальный университет имени Владимира Даля»
Адрес: г. Луганск, ул. Тухачевского, 11, к. 215
e-mail mr.dyadichev@mail.ru; e-mail angeykav@mail.ru; e-mail adyadichev@mail.ru
Аннотация. Рассмотрены основные функции и преимущества автоматизированной системы управления технологическим процессом производства полимерной пленки. Выделены основные технологические параметры, влияющие на протекание процесса производства пленки.
Ключевые слова: Полимерная пленка, экструзия, экструдер, ЛСУ, АСУ ТП, технологические параметры, мониторинг.
Введение
Производство полимерной пленки в настоящее время представляет большой практический интерес и имеет хорошие перспективы роста объемов производства. Развитие производства полимерной пленки - является одним из важнейших секторов экономики и полимерной отрасли. Поэтому спрос на производство пленки увеличивается с каждым годом. Пленки используются во многих отраслях промышленности, таких как строительной, медицинской, легкой, пищевой, электронной, также в сельском хозяйстве и в быту.
В гидротехническом строительстве полимерные пленочные материалы находят применение в качестве противофильтрационной защиты искусственных водоемов, каналов оросительных систем, водохранилищ; в виде водонепроницаемых экранов, точно повторяющих неровности почвы на оползневых насыпях, плотинах, дамбах, проходческих тоннелях (при строительстве метро); для изготовления плотин в виде каплевидных баллонов или складных гибких плотин, в которые накачивается вода.
Это объясняется тем, что пленка выполняет техническое, функциональное и эстетическое назначение. Достоинство использования пленки в качестве упаковки, заключается в относительной простоте самого процесса, ее прочности, эстетичности при относительно небольшой стоимости. Кроме того, следует отметить доступную сырьевую базу, простоту и экологичность утилизации использованной пленки и отходов ее производства.
Постановка проблемы
Главным технологическим процессом производства пленки является процесс экструзии. Это способ получения изделий или полуфабрикатов из полимерных материалов неограниченной длины путем выдавливания расплава полимера через
формующую фильеру нужного профиля. Основным объектом автоматизации процесса производства пленки является экструдер. Экструдер - машина для размягчения (пластикации) материалов и придания им формы путём продавливания через профилирующий инструмент, сечение которого соответствует конфигурации изделия[1].
Особенности процесса производства пленки и работы экструдера, как объекта автоматизации:
экструдер представляет собой систему, характеризуемую многими входными и выходными параметрами;
процесс непрерывный; работа экструдера подвержена
возмущениям, связанным с изменением вязкости обрабатываемого продукта, изменением
температуры процесса, запаздыванием системы и т.д.
Управление этими характеристиками работы экструдера в ручном режиме требует от оператора огромных навыков работы с оборудованием, внимании и даже интуиции. Отклонение одного параметра от нормы может произвести к целому ряду негативных последствий. Производство пленки методом экструзии характеризуется большим количеством стадий и функционированием агрегатов. Непрерывный рост производства полимерной пленки, повышение требований к ее качеству, а также поточность технологических процессов создали условия для внедрения эффективных средств автоматического контроля и управления и поставили задачу повышения уровня автоматизации.
Цель
Рассмотреть основные преимущества систем автоматизации технологического процесса производства пленки, которые смогут повысить качество готовой продукции, проводить управление и контроль всеми процессами производства пленки на удаленном расстоянии. Выполнить анализ
технологических параметров, влияющих на ход технологического процесса. А также определить основные функции выполняемые системами управления.
Методика и результаты исследования
Протекание технологического процесса определяется основными параметрами экструдера. Для оценки и контроля хода процесса экструзии используются такие параметры, как температура зон экструдера, давление, скорость вращения основного и загрузочного шнеков, количество поступающего в бункер сырья и др. Для обеспечения максимальной производительности экструдера служат системы автоматического контроля и управления процессом экструзии, выполняющие контроль и поддержание этих параметров.
Управление каждым параметром осуществляется с помощью локальной системы управления. Множество всех локальных систем управления (ЛСУ) объединяются в общую автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП), путем соединения всех ЛСУ с главным процессором системы информационно-управляющими каналами.
АСУ ТП - это человеко-машинные системы, которые обеспечивают автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления. Причем, сбор, обработка, вычисление критериев, нахождение оптимальных значений осуществляется с помощью технических средств и электронных вычислений, а управляющий персонал осмысливает сложившиеся ситуации и обеспечивает управление ими.
Автоматизированная система управления представляет собой распределенную систему, т.е. сбор информации осуществляется по месту с преобразованием сигналов в цифровой вид. Далее, по промышленной сети передачи данных, информация поступает в контроллер. Такое построение системы позволяет упростить монтаж, уменьшить количество кабеля, облегчает обслуживание и диагностику системы.
Структура АСУ ТП показана на рисунке 1. Благодаря нижнему и среднему уровню структуры АСУ ТП происходит сбор и обработка данных, выполняется анализ собранной информации, выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства. Верхний уровень дает возможность автоматизированного и дистанционного управления оборудованием и контроля протекания технологического процесса, визуализации основных технологических параметров, а также выдачу команд на изменение параметров внешних воздействий.
(-\
АРМ диспетчера,
визуализация технологичсекого процесса, дистанционное ^ управление
/-
Шкаф контроллеров, сбор и обработка информации, выдача управляющих воздействий
7
/■--\
Датчики, исполнительные устройства
\_/
Рис.1 Структура АСУ ТП
Основной задачей автоматизированной системы является управление технологическим процессом (АСУ ТП) и
автоматическое включение/выключение системы;
распределении нагрузок между отдельными или параллельно работающими агрегатами с учетом имеющихся ресурсов сырья, энергии и других показателей;
автоматическое включение/выключение системы;
управление технологическим процессом в реальном времени;
дистанционное управление оборудованием; контроль работы системы; оперативное отображение информации о состоянии оборудования;
поддержание температуры в температурных
зонах;
представление информации в удобном для восприятия и анализа виде на операторской станции в виде графиков, гистограмм;
регистрация важных параметров технологического процесса;
непрерывное отображение аварийных и информационных сообщений;
аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями;
подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса;
ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
Замена старого оборудования на новое, является неотъемлемым этапом автоматизации производства. Эксплуатация устаревших комплексов релейной защиты может привести к ложным срабатываниям защит или даже их отказу, что в свою очередь приведёт к развитию опасных
л
у
аварийных ситуаций и снижению надёжности функционирования в целом.
Производство полимерных пленок -сложный процесс, требующий строгого соблюдения технологии, сочетания высокой квалификации оператора оборудования, применения новейших технологий, вычислительной техники, и внедрения автоматизированной системы управления.
Основные преимущества использования автоматизированной системы управления производством полимерной пленки:
Использование АСУ ТП повышает возможность четкого регулирования качества конечного продукта и его экологической безопасности, отвечающей общим мировым стандартам.
Усиливает надежность исправной работы оборудования и своевременного оповещения на случай возникновения опасности, связанной с поломкой или другими видами неисправностей.
АСУ ТП позволяет существенно экономить энергозатраты, которые достаточно высоки. От электроэнергии зависит надежное и бесперебойное функционирование всего производства в целом.
Позволяет создать жесткий контроль за соблюдением норм безопасности работы обслуживающего персонала.
Снижение доли брака при производстве.
Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.
Выводы и направления дальнейших исследований
В статье были рассмотрены основные функции АСУ ТП и ее структура, определены основные преимущества внедрения
автоматизированной системы управления производства полимерной пленки.
Автоматизированная система управления позволяет не только получить высококачественные продукты в данной отрасли, снизить затраты, повысить рентабельность, но и обеспечить безвредность данного производства. Последнее осуществляется не только за счет введения жесткого автоматизированного контроля систем
пожароопасных и взрывоопасных зон, но и уменьшить число обслуживающего персонала, оставив только оперативную бригаду по ремонту объекта. Также благодаря АСУ ТП, появляется возможность проводить управление и контроль всеми процессами производства пленки на удаленном расстоянии, посредством получения всех информационных данных и оповестительных сигналов на центральный пульт оператора.
Литература
1. Производство пленок экструзией - Режим доступа: http://www.himhelp.ru/section30/ 5есйоп122/зесйоп155/565^^
2. Новые технологии переработки пластмасс. -Режим доступа: http://www.polymery.ru ЛМех^р
3. Экструдеры и экструзия. - Режим доступа: http://www.elcer.com.ua/polymers/equipment /extruder/
4. Структура АСУ ТП. - Режим доступа: http://asu-direct.ru/auto/structure
5. Гуль В. Е., Дьяконова В. П. Физико-химические основы производства полимерных пленок: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1978. - 279 с., ил.
6. Каган Д. Ф., Гуль В. Е., Самарина Л. Д. Многослойные и комбинированные пленочные материалы .-М.: Химия, I989. - 288 с., ил.
7. Зубов Е.Н. Структура и свойства полимерных покрытий - М.: Химия, 1986. - 267 с.
8. Калиновская Г. Д. Пути переработки отходов слоистых пластиков - Л.: Химия, 1997. - 94 с.
9. Дядичев В.В. Экструзия вторичных полимеров. - Луганск; издат-во ВНУ, 2003. - 48 с.
10. Малицкова Е.А., Потапов И.И. Переработка отходов пластмасс — М.: Авис Оригинал, 1997. -159 с.
11. Каменев Е. И. Применение пластических масс - Л.: Химия, 1985. - 372 с.
12. Воробьев В. А., Андрианов Р. А. Технология полимеров. - М.: Высшая школа, 1971. -257 с.
13. Огибалов В. М. Механика полимеров. - М.: МГУ, 1975. - 243 с.
14 Бернхардт Э. Переработка термопластичных материалов. Перевод с англ. Р. В. Торнера, Е. В. Закс и др., Под ред. Г. В. Виноградова. - М.: «Химия», 1965. - 747 с.
15. Экструдер для переработки строительных и полимерных материалов: патент на полезную модель RUS 162271 /Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И.Вернадского».-№2015153343; заявлено 11.12.2015г.;
зарегестрировано 13.05.2016г.-3с.
16 . Экструдер для переработки строительных и полимерных материалов: патент на полезную модель RUS 163853 /Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И.Вернадского».-№2015147070; заявлено 02.11.2015г.;
зарегестрировано 22.07.2016г.-3с.
17. Экструдер для переработки строительных и полимерных материалов: патент на полезную модель RUS 162371 /Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И.Вернадского».-№2015150127; заявлено 23.11.2015г.;
зарегестрировано 17.05.2016г.-3с.
Экструдер для переработки мелкодисперсных строительных и полимерных материалов: патент на полезную модель RUS 164876 /Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.; заявитель и патентообладатель ФГАОУ ВО «КФУ имени В .И.Вернадского».-№2015154120; заявлено
15.12.2015г.; зарегестрировано 01.09.2016г.-3с.
Экструдер для переработки крупнодисперсных строительных и полимерных материалов: патент на полезную модель RUS 162449 /Дядичев В.В., Колесников А.В., Дядичев А.В.; заявитель и
патентообладатель ФГАОУ ВО «КФУ имени В.И.Вернадского».-№2015153345; заявлено
11.12.2015г.; зарегестрировано 23.05.2016г.-3с.
DESIGN FEATURES OF AUTOMATED CONTROL SYSTEM OF BUILDING PRODUCTION OF POLYMER FILMS
Summary: The main features and benefits of automated process control system of production of the polymer film. The basic technological parameters that influence the course of the production process of the film.
Key words : polymer film extrusion, extruder, ^S, APCS, process parameters, and monitoring.
