Автоматизация бетонного завода / г. Артём

Данный проект будет интересен тем, что глубина нашего участия в построении этого завода несколько выше чем во всех предыдущих проектах. Собственник решил не покупать уже готовый завод, а построить завод практически с нуля из комплектующих. Спроектировать его с учетом тех потребностей, которые не могут быть реализованы при помощи серийно выпускаемых заводов.

Проект начался с того, что мы определились с принципиальной схемой завода и пришли к выводу, что это будет завод конвейерного типа. В качестве основного дозатора (имеется в виду дозатора инертных материалов) используется конвейер подвешенный на тензометрических датчиках и реализующий прием (дозирование) и последующую передачу инертных материалов дальше в систему.

Общая мнемосхема завода выглядит так:
Автоматизация бетонного завода - общая мнемосхема

 

 Попробуем разобрать, что тут у нас есть. Отделение дозирования инертных материалов:
Автоматизация бетонного завода - дозирование инертных материалов

 

Отделение состоит из 4-х дозаторов инертных материалов. Эти дозаторы примечательны несколькими моментами. Во первых: дозатор поделен на две секции и можно выбрать какой секцией осуществлять дозирование:
Автоматизация бетонного завода - секции дозатора

 

Во вторых: три дозатора из 4 оснащены аппаратными датчиками влажности и температуры:
Автоматизация бетонного завода - датчики дозатора

 

О датчиках влажности мы поговорим в отдельной статье. Датчики мы производим сами. Это коротковолновый датчик измеряющий степень поглощения радиоволн водой находящейся в инертных материалах.

Показатель влажности используется для автоматического пересчета количества воды и инертных с целью сохранить водо-цементное соотношение. Показания могут приниматься автоматически (от датчика влажности) или в ручном режиме, когда оператор смотрит на измеренную влажность но выставляет свое значение из каких-то своих соображений.

Обе ленты конвейера оснащены датчиками схода ленты:
Автоматизация бетонного завода - датчики схода ленты

 

В случае, когда лента начинает уходить за края барабанов или происходит аварийная остановка конвейера – диспетчер видит, что остановка произошла из-за схода ленты с конвейера и можно определить где именно лента сошла. Достаточно посмотреть по какому из датчиков произошло срабатывание.

На корпусе конвейера установлены 3 вибратора. Каждый из которых можно включать/отключать отдельно. Если галочка стоит – то выбранный вибратор будет включаться в нужный момент:
Автоматизация бетонного завода - вибраторы

 

Для обеспечения безопасности людей на каждом конвейере предусмотрена аппаратная кнопка блокирующая запуск конвейера. Эта кнопка может быть нажата обслуживающим персоналом, когда он проводит какие-то работы на конвейере или если ему нужно срочно остановить конвейер по какой-то причине. Индикация режима срабатывания блокировки выполнена следующим образом:
Автоматизация бетонного завода - блокировка

 

Мы сделали хитрый затвор на дозаторах инертных. Его хитрость заключается в том, что затвор оснащен специальным пневматическим цилиндром, который может останавливать заслонку в любом положении и удерживать ее там. На цилиндре установлены 3 датчика позволяющие контролировать положение заслонки. Средний датчик – регулируется по длине, тем самым мы можем задать то место, где заслонка будет останавливаться. Таким образом нам удалось достичь точности дозирования в 1 килограмм при дозировании инертных материалов общим весом более 3 000 кг. Посмотрите видео ниже, чтобы в этом убедиться:

 

Видео процесса приготовления бетона:

Для тех, кто смотрел внимательно и увидел, что использовался дискрет в 1 килограмм. Объясняем – на самом деле мы используем дискрет в 0.1 килограмма, но для удобства оператора показания весов на дозаторе выводим с дискретностью в 1 кг.

Для человека имеет смысл округленное значение, а машина точнее дозирует с дискретой в 100 грамм.

Также мы измеряем и контролируем ток потребляемый конвейером и установили устройства плавного пуска конвейера. Это позволяет нам производить более частый пуск-останов конвейера, не подвергая его изнашивающим пусковым нагрузкам, а также экономить электроэнергию, выключая конвейер когда он не нужен:

 

Остальные сенсоры в общем-то весьма обычны для подобных производств. Индикация наличия сигнала от весов, текущий вес, индикация работы вибратора, датчики движения, состояния ошибки, остановка дозатора, датчики закрытия заслонки, индикация пустой/полный, кнопки управления блоком и т.д:

 

Следующая секция: дозатор воды, дозатор добавок в воду, дозатор добавок в мешалку и дозатор цемента.

 

Поскольку производительность завода большая, мы столкнулись с тем, что количество воды, которое водоканал нам может поставлять, не достаточно для прямого дозирования и мы вынуждены были поставить буферную емкость с водой. Эту емкость мы заполняем параллельно дозированию, тем самым увеличивая скорость работы дозатора воды.

Также на заводе есть котельная, которая поставляет горячую воду в зимнее время:

 

На каждом ручье есть индикация работы: идет дозирование (Дзр.), подача материала (Пдч.), ошибка в работе блока (Ошибка), датчик закрытия (Закрыт):

 

Все весы оснащены не только показателем веса, но и сенсором, показывающим, что эти самые показания веса от прибора поступают (зеленая лампочка):

 

Если тара у весов уплыла (например налип материал или слетел), то ее можно обнулить нажав на кнопку (не на всех весах):

 

Еще у нас хитрый дозатор цемента. Во первых у нас 4 силоса. Соответственно 4 шнека и можно закачивать в банки 4 разных цемента. Всякие дорожные и мостостроительные компании часто заказывают бетон из хитрых марок цемента. Так вот. Дозатор цемента выполнен таким образом, что можно включить дозирование цемента например из трех банок одновременно или только из первой и второй. В общем гибкость заложена и здесь:

 

Мы сделали регулятор которым можно задавать процентное соотношение горячей/холодной воды поступающей в дозатор. А также ручная моментальная корректировка количества воды (плюс или минус) и ей можно пользоваться в реальном времени прямо во время дозирования.

Наша система еще уникальна тем, что все регуляторы можно крутить прямо во время дозирования и они действуют моментально, а не на следующий замес как у некоторых.

Вы можете подкручивать влажность, соотношение компонентов, время вымешивания и прочие параметры и моментально видеть реакцию на ваши изменения.

Все это работает корректно, стабильно и плавно. Ощущение от управления нашими системами такие же как от иномарки представительского класса. Плавные, мягкие и мощные!

 

Следующие блоки: дозатор молочка и доливка воды, управление воронкой, блок управления смесителем, общие сигналы:

 

Здесь у нас имеются: датчик температуры №1 – это первый датчик температуры, который мы установили на корпус мешалки. Он достаточно инертен, поскольку не имеет прямого контакта с бетоном и показывает температуру стенки бетоносмесителя. Хоть он и углублен в броню, его показания значительно отличаются от реальной температуры бетона. Поэтому, позднее, решено было поставить датчик №2. Он имеет прямой контакт с бетоном и его показания отличаются на 1-2 градуса от реальных. Это очень точно, учитывая условия произведения замеров:

 

Температура горячей воды контролируется датчиком:

 

К мешалке подключен циклон, он помогает избавиться от пыли, которая в больших количествах генерируется при высыпании материалов в мешалку. Работа циклона автоматизирована. Он включается незадолго до того момента, как материалы будут высыпаны в мешалку, также им можно управлять в ручном режиме.

Алгоритм работы циклона следующий:

  1. Включаем циклон незадолго до того момента как материалы будут высыпаны в мешалку.
  2. Переключаем забор воздуха на направление из смесителя и высыпаем материалы.
  3. Когда материалы высыпались переключаем на направление из бункера.
  4. Обеспыливаем какое-то время.
  5. Отключаем циклон.
  6. Стряхиваем пойманную циклоном пыль при помощи вибратора в накопительный бункер.

 

Мешалка оснащена гидравлическими подшипниками и системой принудительной смазки. Также подшипники находятся под избыточным давлением – это предотвращает попадание бетона и абразивных частиц во внутреннюю полость подшипников. Состояние системы автоматической смазки отображается на индикаторах:

 

Мешалка также является травмоопасным оборудованием и на ней с обоих сторон установлены кнопки аварийной блокировки, сработка которых моментально остановит мешалку, а также не даст ее запустить.

Еще на блоке управления мешалкой имеется переключатель с ключом. Этим ключом можно заблокировать любые механизмы на мешалке при проведении ремонтных работ:

 

Мы измеряем ток, потребляемый двигателем мешалки и рисуем график его изменения. Это позволяет оценить оператору степень вымешивания смеси:

 

Поскольку мешалка двухвальная у нее есть особенность – при быстром открытии она выдаст весь бетон сразу, поэтому на мешалке установлена гидравлическая заслонка и мы открываем ее постепенно.

Регулируемая по высоте воронка позволяет обслуживать автомобили с разной высотой приемной горловины и не забрызгивать их бетоном:

 

Завод оснащен системой рециркуляции цемента и остатков бетона. После каждой отгруженной партии бетона, автомиксер моется и остатки смытого бетона выливает в емкость ресайклера.

Ресайклер позволяет заново разделить щебень, песок и цемент. Получающееся цементное молочко и восстановленные инертные материалы используются в технологическом процессе. Это позволяет увеличить прочность производимого бетона или слегка уменьшить расход цемента. Что благоприятно сказывается на финансах компании.

Количество молочка задается в процентном отношении с водой. Часть воды будет заменена молочком. Само дозирование молочка осуществляется отдельным дозатором:

 

Чтобы дозатор молочка не зарастал цементом его моют после окончания выдачи партии бетона. Обмыв дозатора осуществляется форсункой с водой под высоким давлением:

 

Также для удобства оператора предусмотрен отдельный дозатор воды, который позволяет добавлять воду порционно прямо в мешалку. Дозатор работает по принципу счетчика воды и отсчитывает нужное ее количество при подаче:

 

Те времена, когда для того, чтобы посмотреть качество бетонной смеси нужно было подниматься к мешалке, открывать крышку и смотреть – ушли. Теперь достаточно нажать на кнопку и камера покажет что происходит в мешалке.

И даже больше. На эту кнопку не обязательно нажимать самому, она нажимается автоматически каждый раз когда система обеспылевания удалит всю пыль из мешалки:

 

Мы держим камеру закрытой, чтобы ее не забрасывало бетоном и грязью и включаем ее на короткое время, непосредственно перед тем, как система начнет выгружать бетон из мешалки. За этот короткий промежуток оператор способен убедиться, что все идет так как надо и если появится необходимость – среагировать. Смотрите видео в конце статьи – там все видно.

Еще одним немаловажным блоком является блок отображающий общие параметры работы оборудования, сигнализацию состояния промышленных шин данных, напряжения на электрических фазах, график общего тока потребляемого заводом (за вычетом тока мешалки) и т.д.:

 

Далее рассмотрим систему измерения количества цемента в силосах. Замыленная часть – это загрузочные бункера инертных материалов, они не подключены, так что не обращайте на них внимание:

Мы поставили немецкие датчики для измерения уровня цемента в силосах и по два датчика предельных уровней. Поскольку емкость каждого силоса нам известна, а уровень цемента в силосе нам предоставляет датчик – для нас не составило труда интерполировать эти значения и выводить остатки цемента в тоннах для каждого силоса.

Также на каждом силосе предусмотрены фильтры, которые захватывают цемент при закачке его в силос и не дают ему улетать в атмосферу. Собранный фильтром цемент стряхивается назад в силос при помощи вибратора:

 

Расскажем немного об управлении заводом. Заявки, поступающие от клиентов вносятся в планировщик:

На основе этих заявок в системе создаются задачи на производство. Каждая задача – это отдельная отгрузка бетона в бетоновоз. Со своей маркой бетона, количеством, соответствующим вместимости бетоновоза и другими параметрами.

Задачи на производство попадают диспетчеру, который управляет заводом и следит за приготовлением бетона и смесей. Он видит их вот в таком списке:

 

В этом списке можно задать порядок исполнения задач. Разрешить или запретить исполнять задачу. Следить за процессом ее выполнения.

Еще мы хотим похвастаться тем, что наша программа умеет асинхронно выполнять задачи производства бетона.

Это означает, что пока вымешивается и выкидывается последний замес на бетоновоз №1, дозаторное отделение уже дозирует инертные для первого замеса на следующий бетоновоз №2 и к тому моменту, как бетоновоз №1 уедет, а бетоновоз №2 встанет под погрузку первый замес бетона уже будет находится в мешалке и будет готов к выгрузке.

Такой подход значительно увеличивает производительность установки и позволяет использовать ресурсы оборудования максимально эффективно. Подряд идущие задачи выполняются заводом без простоев.

Блок управления автоматом позволяет просматривать текущее состояние системы, отображает статистику по производительности, дает возможность запускать или приостанавливать выполнение задачи (ставить на паузу) и разрешать выгрузку бетона в миксер:

 

Помимо функции немедленной остановки мы добавили возможность поставить исполнение задач на паузу. При включении паузы все блоки доделают текущую работу, которую нежелательно прерывать и приостановят дальнейшее выполнение в безопасной точке.

Это позволяет приостанавливать работу завода без ухудшения качества производимого бетона.

Подведем итог. Вот основные возможности поставляемой нами системы автоматического управления бетонным заводом:

  1. Прием заявок от клиентов и их планирование.
  2. Интеграция системы IP-телефонии в диспетчерское ПО оператора.
  3. Разбиение заявок на рейсы автомобилей и задачи на производство.
  4. Производство и отгрузка бетона по задачам.
  5. Автоматическая подготовка и печать сопровождающих автомобиль документов (ТТН, Акты)
  6. Учет материалов израсходованных на производство.
  7. Учет возврата подписанных документов водителем.
  8. Учет рабочего времени водителей.
  9. Диагностика работы оборудования.
  10. Контроль качества выпускаемого бетона.

 

Внешний вид пульта управления диспетчера:

 

Просмотр статистики обмена устройств по шинам ModBus/RS485: