Оглавление
Введение
1. Техническое предложение
1.1 Описание технологического процесса
1.2 Существующий уровень автоматизации
1.3 Предлагаемый уровень автоматизации и обоснование целесообразности принятого решения
2. Эскизный проект
2.1 Структура системы управления
2.2 Техническое обеспечение системы управления
3. Технический проект
3.1 Функциональная схема автоматизации
3.1.1 Работа системы регулирования, сигнализации и блокировок
3.2 Выбор технических средств автоматизации
3.3 Принципиальные электрические схемы регулирования и управления
3.4 Схемы внешних проводок
3.5 Расчёт каскадной системы регулирования температуры в зоне осветления стекловаренной печи
3.5.1 Анализ печи для варки стекла как объекта управления
3.5.2 Нахождение динамических характеристик объекта
3.5.3 Расчет автоматической системы регулирования
3.5.4 Расчет одноконтурной АСР
3.5.5 Расчет каскадной АСР
3.5.6 Сравнительный анализ одноконтурной и каскадной АСР
4. Безопасность и экологичность проекта
4.1 Введение
4.2 Анализ на соответствие проектируемого объекта требованиям безопасности и экологичности
4.2.1 Анализ по вредным, опасным, экологическим и аварийным факторам
4.3 Защита от вредных, опасных и аварийных факторов
4.4 Обеспечение экологической безопасности
4.5 Обеспечение повышенной устойчивости
4.6 Расчёт напорной вентиляции
4.7 Заключение
5. Экономическое обоснование проекта
5.1 Введение
5.2 Исходные данные для расчёта
5.2.1 Смета затрат
5.2.2 Стоимость приборов, средств автоматизации и программного обеспечения по оптовым ценам приобретения
5.3 Расчёт эффективности инвестиционного проекта
5.3.1 Расчёт объёма инвестиций
5.3.2 Расчет изменения текущих затрат
5.3.3 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта
5.4 Заключение
Заключение
Список используемых источников
Введение
Во многих промышленных государствах, в том числе и в нашей стране, стекольную промышленность причисляют к малым отраслям производства. Но всё же стекольная промышленность занимает ключевую позицию, так как стекло в качестве (заводского) материала часто является необходимой основой для готового изделия или целой системы. Стекольная промышленность по условиям поставок тесно связана с другими отраслями промышленности.
По сравнению с другими промышленными отраслями, стекольная индустрия относится к тем областям, в которых создание материала включает его формирование и обработку. Во многих других отраслях промышленности на первом плане находится или создание нового материала (например, в химической промышленности), или преобразование основы материала (например, в машиностроении). Выполняя такую двойную функцию стекольная промышленность имеет огромное количество задач в области разработок и научных исследований.
Растущую комплексность в производстве стекла можно преодолеть путём эффективного расширения применения измерительной техники, автоматического регулирования. В настоящее время большое количество стекловаренных печей приводится в действие посредством систем управления и автоматизация технологических процессов охватывает все сферы производства стекла.
В связи с этим модернизация производства стекла и его автоматизация являются на сегодняшний день необходимым этапом развития стекольной промышленности в России.
В Астраханской области основной производитель и поставщик стекла – ООО «ВМ Product АстраханьСтекло».
Кроме того, надо заметить, что производство стекла и стеклянных изделий (например, тара, посуда и т.д.), как правило, рентабельно, быстро окупаемо и, следовательно, экономически выгодно, т.к. стекло, как товар не имеет срока годности.
Можно сделать вывод, что стекольная промышленность является одной из наиболее перспективных отраслей промышленности. Однако в России данная ветвь производства нуждается в дальнейшем развитии. В связи с этим тема выпускного проекта по разработке системы автоматизации процесса варки шихты в производстве стекла является актуальной.
1. Техническое предложение
1.1 Описание технологического процесса получения стекломассы
Производство стекломассы включает в себя варку шихты в стекловаренной печи и нормализацию температурного режима в питателях.
На предприятии ООО «ВМ Product АстраханьСтекло» варка шихты производится в стекловаренной печи с поперечным направлением пламени.
Печь имеет три зоны:
1. зона варки;
2. зона осветления;
3. рабочая зона.
Горелки в печи расположены по бокам, по две на каждую зону слева и справа. Горение осуществляется либо с одной, либо с другой стороны с переводом пламени через каждые 30 минут.
На горелки печи подаётся топливный газ, который сгорает в присутствии воздуха. Воздух подаётся воздуходувкой в регенераторы, расположенные с двух сторон печи. В регенераторах воздух нагревается за счёт тепла от печи. Образующиеся дымовые газы выходят из печи и через дымовую трубу и удаляются в атмосферу.
Шихта со стеклобоем поступает в стекловаренную печь, в которой производится варка.
Основной особенностью процесса стекловарения в промышленных стекловаренных печах является необходимость плавления больших объёмов шихты за относительно короткий период времени.
В ванных печах провар шихты происходит под влиянием следующих теплообменных процессов:
- передачи лучистой энергии от горячих газов и кладки верхнего строения;
- конвективного переноса тепла от факела к шихте;
- теплопередачи в слое загружаемой шихты;
- передачи тепла к шихте снизу от стекломассы.
Поскольку газы в полости печи перемещаются с небольшими скоростями (1-4 м/c), то конвективная составляющая передачи тепла в пламенном пространстве не превышает 5-15%. Теплопередачей в самой шихте вследствие ее большого термического сопротивления можно пренебречь.
Таким образом, плавление шихты происходит, главным образом, за счёт излучения факелов и пламенного пространства сверху, а также от стекломассы снизу. Соотношение между ними находится в пределах (1,5-2,5):1. Это определяет ведущую роль процессов варки на поверхности кучи шихты. В результате лимитирующим звеном всего процесса варки стекла в промышленной печи становится скорость прогрева массы шихты до температуры ее плавления.
Шихту подают в печь загрузчиком З1 продольными грядами высотой 150-250 мм, количество которых равно числу столов загрузчиков. Мгновенное достижение высоких температур приводит к быстрому (в течение нескольких минут) оплавлению шихты и образованию на ее поверхности подвижной пленки расплава в виде слоя. Под этой плёнкой образуется пластичный слой, который состоит из смеси жидкой и твердой фаз, но жидкой фазы оказывается немного, вследствие чего этот слой остаётся неподвижным.
Ниже этого слоя находится не спекшаяся шихта с температурой 100-300°С из-за низкой теплопроводности и теплопрозрачности поверхностных слоев. Снизу в печь подаётся воздух воздуходувкой В2 для обеспечения интенсивного перемешивания слоёв шихты и стекломассы.
За границу между слоями условно можно принять изотермические поверхности с температурами 1200°С (практическая неподвижность расплава ниже этой температуры) и 800°С (температура появления в нагреваемой шихте заметного количества жидкой фазы). Эти же слои имеются с нижней стороны гряды шихты вследствие поступления к ней тепла от находящейся в бассейне стекломассы.
Все стадии стекловарения протекают в различных слоях кучи шихты, имеющих температуру 100-1200°С. Жидкий расплав образуется на поверхности кучи шихты в виде пленки толщиной около 10 мм с градиентом температур по этой толщине 80-120°С. При этом слой расплава толщиной 4-5 мм стекает с кучи со скоростью 3-5 м/ч, обнажая лежащий под ним слой плавящейся шихты, который, приобретая достаточную текучесть при повышении его температуры, также начинает стекать, обнажая следующие слои. В нижней части кучи тот же процесс протекает с меньшей интенсивностью вследствие более низких температур стекломассы по сравнению с температурой пламенного пространства над кучами шихты.
В конечном итоге эти процессы приводят к изменению высоты куч шихты, их основания и объёма. Скорость изменения высоты кучи шихты зависит от соотношения скоростей двух процессов – образования пленки расплава и ее стекания.
Процесс образования пленки расплава определяется уровнем температур над зоной варки.
Полученный расплав из печи поступает через выработочный канал в питатели стекломассы.
Питатель обеспечивает плавное охлаждение потока стекломассы до требуемой температуры.
Это нужно для того, чтобы стекломасса поступила в машину для формования с определенной температурой, требуемой по технологии. Для разных видов продукции определена разная температура формования, которую следует строго поддерживать. Это важный параметр, сильно влияющий на качество изделий. Колебания температуры на выходе питателя и отклонение ее от нормы приводят к увеличению числа брака бутылок и снижению, в общем, качества продукции, поэтому важно точное регулирование температуры особенно в последней зоне. Необходимость в питателе также обусловлена тем, что разность температуры стекломассы, выходящей из стекловаренной печи, и температуры окружающего воздуха очень велика. Это приводит к слишком быстрому охлаждению и вредному изменению свойств стекломассы, а также невозможности достижения нужной температуры стекломассы при поступлении в машину для формования.
На ООО «БМ АстраханьСтекло» стекломасса, идущая из печи, распределяется выработочным каналом по трём питателям стекломассы, ориентированных на изготовление разных видов продукции. В конце каждого питателя располагается стекло-формовочная машина, формующая бутылки и транспортирующая их к печи отжига, их также две.
Выработочный канал распределяет стекломассу по трём питателям, скорость которой для каждого питателя разная, он также определяет температуру на входах питателей. К каждой зоне канала подведены горелки, определяющие температуру движущейся стекломассы. Выработочный канал имеет пять зон. Питатели предназначены для придания нужного температурного режима стекломассе, выходящей из печи. Они разделены на четыре зоны. На входе питателя осуществляется только контроль температуры стекломассы, а в первой, второй, третьей и четвертой зонах ещё и ее регулирование. Регулировка температуры должна производиться с большой точностью (в пределах 1-го градуса), т.к. это имеет важное значение для протекания технологического процесса.