Введение 4
Глава 1 Методы и способы подготовки сжатого воздуха на производстве 15
1.1 Способы подготовки сжатого воздуха на производстве 15
1.2 Классификация и анализ существующего компрессорного
оборудования 17
1.3 Методы оптимизации работы компрессорных установок 30
1.4 Особенности эксплуатации компрессорной установки
бумагоделательного производства 31
Глава 2 Разработка системы подачи сжатого воздуха для бумагоделательного производства 32
2.1 Разработка пневматической схемы подачи сжатого воздуха 32
2.2 Анализ структуры управления 36
2.2.1 Анализ работы электродвигателей компрессорной
установки 36
2.2.2 Контроль работы установки и аварийная сигнализация 37
2.3 Разработка электрической схемы управления компрессорной
установкой 38
Глава 3. Разработка системы управления компрессорной установкой 43
3.1 Обзор существующих систем управления компрессорами 43
3.2 Выбор аппаратного обеспечения 47
3.3 Используемое программное обеспечение 52
3.4 Автоматизация алгоритма управления установкой 55
3.5 Разработка алгоритма реакции на аварийные ситуации 57
3.6 Наладка и испытания компрессорной установки 61
Заключение о внедрении компрессорной установки 63
Заключение 64
Список используемых источников 65

Купить

Сегодня в России наметились признаки роста промышленного производства. Самарская область является признанным лидеров в автомобилестроении, авиастроении, нефтехимии. От стабильности работы этих отраслей напрямую зависит состояние экономики как отдельных моногородов, расположенных на территории области, региона, на территории которых базируются такие производства, так и всей страны в целом [1].
Но экономике региона требуется развитие и других производств. Для развития промышленности в области была создана Особая Экономическая Зона (ОЭЗ), расположенная в г. Тольятти.
На территории ОЭЗ была создана вся инфраструктура для развития высокотехнологичных производств, которые могут диверсифицировать экономику области. Одним из таких предприятий, созданных на территории ОЭЗ г. Тольятти является Тольяттинская бумажная фабрика. Фабрика стала восьмым запущенным заводом в ОЭЗ «Тольятти» и третьим работающим предприятием на площадке из неавтомобильной отрасли, при этом надо отметить, что таких предприятий на территории области до этого не было.
Это первое предприятие в области, ориентированное на переработку макулатуры и последующий выпуск бумаги и картона для гофроупаковки. В перспективе компания «ТБФ» планирует занять до 3% российского рынка изготовления бумаги из макулатуры, что позволит сохранять ежегодно порядка 400 тысяч деревьев.
Ежегодно на территории ТБФ будет перерабатываться до 45 тысяч тонн макулатуры, из которой будет производиться до 42 тысяч тонн бумаги для гофрирования и картона. При этом сырье для работы будет закупаться в первую очередь у местных предприятий, включая резидентов ОЭЗ г. Тольятти. При этом на территории фабрики будет создан не только автономный производственный комплекс, с собственными складскими, логистическими и ремонтными службами. При этом за счет запуска ООО “ТБФ” на территории области станет возможно не только создание новых рабочих мест и повышение экономики города, но и даст возможность улучшить экологическое положение и решить вопросы, которые возникли в последнее время, как на территории края, так и на территории города Тольятти и Ставропольского района. Внешний вид ООО “ТБФ”, находящейся на территории ОЭЗ представлен на рисунке 1.
Основой любого бумажного производства являются отделение массоподготовки и бумагоделательная машина [2]. Массоподготовительные производства на таких предприятиях оснащаются большими и вместительными хранилищами для хранения подготовленной массы, а современные бумагоделательные машины представляют из себя большие и длинные линии с полностью автоматизированной системой управления.
Бумажное производство полного цикла является очень энерго и ресурсоемким производством что накладывает ограничения по территории их размещения. Массоподготовительное отделение и бумагоделательная машина это агрегаты, состоящее из достаточно большого числа различных технологических секций и устройств.
Полученная из массоподготовительного отделения бумажная суспензию, размешанная с водой, направляется на бумагоделательную машину, где ее превращают в бумагу или картон.
В массоподготовительном отделении происходит размол макулатуры. Это процесс механической обработки в присутствии воды, он выполняется в специальных размалывающих машинах - мельницах и гидроразбивателях [3]. Внешний вид части массоподготовительного отделения представлен на рисунке 2.
Размол волокнистых полуфабрикатов является очень важным процессом бумажного производства. Он позволяет достаточно сильно менять многие свойства бумаги. Размол волокон производится в машинах непрерывного действия (конические, цилиндрические и дисковые мельницы). Эти размалывающие аппараты объединяет принцип работы, который основан на методе трущихся поверхностей и скрещивающихся ножей.
На размалывающем этапе, волокна проходят между ножами машины и таким образом подвергаются воздействию механических и гидродинамических сил. Такой способ производства ведет к протеканию сложных физико-химических и коллоидных процессов в структуре волокнистой массы. Если разделить данный этап производства на составляющие, то процесс производства выглядит следующим образом:
1. рубка волокон;
2. поверхностное расщепление;
3. расчесывание в продольном направлении фибриллярной структуры клеточной стенки на фибриллы (поверхностное фибриллирование);
4. набухание;
5. гидратация волокон.
В итоге, все волокна бумажной массы становятся более мягкими и объемными.
Для размола полуфабрикатов бумажного волокна на предприятиях, которые вырабатывают массовые виды бумаги и имеют достаточно большую производительность, основным видом оборудования являются дисковые мельницы [4].
Дисковые мельницы в общем случае состоят из статора и ротора, которые выполнены конусовидной формы. В зазоре между статором и ротором находятся ножевые рубашки. Производительность таких мельниц обычно от 2 тонн в сутки, а частота вращения ротора составляет 1000 мин-1.
Волокна после обработки имеют повышенную эластичность и повышенную пластичность. После такой обработки увеличивается удельная площадь поверхности волокон. Что в свою очередь приводит к высвобождению гидроксильных групп и увеличивает способность бумажной массы удерживать влагу. В зависимости от режимов обработки в итоге получается бумажная масса различного качества и величины фракций, начиная от низкой степени, называемой садкая масса, и до высокой степени, т.е. жирная масса. Характер помола выбирают в зависимости от вида сырья и в зависимости от качества выходного продукта. Далее подготовленная масса подается на бумагоделательную машину.
Бумагоделательные машины представляют из себя длинные и большие технологические линии, чаще всего расположенные на двух уровнях: верхний и нижний [5].
Существует два основных типа бумагоделательных машин:
1) Плоскосеточные или столовые
2) Круглосеточные или цилиндровые.
Первые применяют для производства основных типов бумаги, а на вторых изготавливают картон и специализированный ассортимент бумажной продукции. Технологический процесс изготовления в таких машинах в принципе одинаков, различие заключается в устройстве сеток и принципе отлива бумажного полотна на машину. Внешний вид бумагоделательной машины, смонтированной на ООО “ТБФ” представлен на рисунке 3.
Подготовленная бумажная масса с концентрацией 3-5%, при помощи вакуумных насосов, подается на машину из цеха массоподготовки, где она храниться в больших специальных бассейнах и танках [6].
В этих танках масса постоянно перемешивается до однородной густоты и концентрации и постоянно разбавляется водой, которая циркулирует по всей системе. Потом при обезвоживании бумажной массы, эта вода извлекается и вновь поступает в бассейн, для дальнейшего использования ее в технологическом процессе, что позволяет экономно расходовать этот ресурс.
Далее разбавленная до концентрации 0,1 - 1%, бумажная масса пропускается через очистители (центриклинеры, узлоловители и т.п.), где из массы убирают посторонние материалы и различные грубые фрагменты минеральных волокон.
Затем очищенная бумажная масса поступает в специальный, так называемый “мокрый” ящик, из которого она начинает течь на сетку со строго определенной скоростью и определенной толщиной струи, от которых напрямую зависит качество конечного продукта [7].
Растекание очищенной и подготовленной массы происходит по ширине всей сетки. На сетке происходит формирование бумажного полотна из пришедшей на сетку разбавленной суспензии. При этом выделяется избыточная вода, поступающая обратно в бассейн, расположенный в секции массоподготовки.
Полученная таким образом мокрое бумажное полотно поступает далее в прессовую часть машины. В этой части машины она еще раз обезвоживается и приобретает заданную плотность. Далее бумажное полотно попадает в сушильную часть. В сушильную часть бумагоделательной машины полуфабрикат полотна поступает с содержанием влаги около 45% [8]. Эта секция бумагоделательной машины представляет собой вращающиеся цилиндры, расположенные в шахматном порядке. Каждый цилиндр обогревается паром. Полуфабрикат бумажного полотна с помощью сукон придавливается к разогретым цилиндрам, что позволяет избежать его сморщивания и коробления.
Полотно движется с нижнего цилиндра на верхний, а затем «змейкой» на нижний, и т. д. В сушильной части полуфабрикат высушивается до влажности 6-8%.
Далее полуфабрикаты листов бумаги переходят на последний этап, который называется отделочным. Отделочная секция представляет собой от 5 до 10 валов, которые расположены друг над другом.
Бумага увлажняется холодной водой и движется между валами сверху вниз. После этого этапа бумажные листы становятся ровными и одинаковой толщины, а также приобретают гладкую поверхность. В конце данной операции полотно наматывается в рулоны, таким образом можно избежать таких дефектов как смятие и коробление [9]. Если к бумаге предъявляются требования повышенной гладкости, то перед данным этапом требуется дополнительной увлажнение.
По завершении всех этапов подготовки, готовая бумага поступает на продольно-разрезное оборудование и разрезаются на части. На этом этапе формируются необходимые геометрические параметры готового продукта. После, бумага скатывается в рулоны на специальном станке, проверяется лабораторией на соответствие заданным механическим и физическим свойствам. На завершающем этапе бумага упаковывается и отправляется заказчику, в крупные торговые сети и т.д.
Тольяттинская бумажная фабрика оснащена бумагоделательным оборудованием импортного производства, сделанным в Европе.
В Советском Союзе и в России также производили бумагоделательные машины на мощностях ОАО “Буммаш” в г. Ижевске и ЗАО «Петрозаводскмаш» в г. Петрозаводске [10], [11]. В свою очередь ОАО “Буммаш было создано на базе производственных мощностей завода «Ижтяжбуммаш». Завод «Ижтяжбуммаш» был основан в 60х годах 20 века как одно крупнейших предприятий по производству оборудования для целлюлозно-бумажной промышленности и бумагоделательных машин. Ижевский и Петрозаводский заводы были призваны преодолеть отставание СССР в обеспечении целлюлозно-бумажной промышленности высокопроизводительным оборудованием. Также к производителям, работающим с времен СССР относят ОАО «Гатчинский опытный завод бумагоделательного оборудования», которое было основано еще в конце 19 века.
Среди известных иностранных производителей [12] стоит выделить такие как: Mitsubishi Heavy Industries Printing & Packaging Machinery, Voith Paper, Valmet, который после второй мировой войны перепрофилировал свои предприятия Valtion tykkitehdas и Tampella AB под производство оборудования целлюлозно-бумажной промышленности, Korber AG (Германия), EMA Elektronik Maschinen Apparatebau GmbH (Германия), RS Papiertechnik GmbH, GAW technologies GmbH (Австрия), Druck & Technik, (Германия), Pама Papirmashienen GmbH(Германия), Lamort (Финляндия). В последнее время в качестве производителей такого оборудования стали заявлять о себя промышленники из Китая такие какAnyang Machinery Co.,Ltd
Бумагоделательная машина, смонтированная на ООО “ТБФ”, оснащена большим количеством автоматических приборов, что обеспечивает ее непрерывную и безаварийную работу. Следя за показаниями датчиков и посылая сигналы управления на различные исполнительные устройства, система управления точно регулирует технологические параметры. Для изготовления различных видов бумажного полотна необходимо поддерживать свои технически обоснованные параметры, а именно рабочую скорость, концентрацию, влажность удельное давление, концентрация, продолжительность процесса и температура массы и т.д. [13]. Все эти параметры регулируются с помощью исполнительных устройств и органов, для функционирования которых требуются различные ресурсы и виды энергии.
Основными видами ресурсов, потребляемыми в технологическом процессе бумажного производства, являются:
1. вода;
2. электроэнергия;
3. перегретый пар;
4. сжатый воздух.
Территории ОЭЗ обеспечена практически всеми ресурсами необходимыми для функционирования бумагоделательной фабрики. ОЭЗ централизовано обеспечивает электроэнергией и технологической водой все предприятия, находящиеся на ее площадке.
Но всеми остальными энергоресурсами, предприятия вынуждены обеспечивать себя самостоятельно, а к таким ресурсам, необходимым для технологического процесса производства бумаги относятся сжатый воздух и перегретый пар.
Для обеспечения таким ресурсом как сжатый воздух вполне возможно самостоятельно на основании характеристик машины, без участия подрядной организации самостоятельно разработать схему снабжения основного и вспомогательного оборудования предприятия.
Поэтому для запуска производства бумаги была поставлена задача обеспечения ООО “ТБФ” необходимым количеством сжатого воздуха для качественного функционирования всех технологических процессов в бумагоделательной машине.
Актуальность работы заключается в автоматизации системы подачи и контроля расхода сжатого воздуха для собственных нужд бумагоделательной машины и массоподготовительного отделения.
Целью работы является разработка и внедрение автоматизированной системы управления компрессорной подстанции для нужд действующего бумагоделательного производства.
Для этого необходимо решить следующие задачи:
1) Обосновать выбор компрессорного оборудования для обеспечения нужд бумагоделательной машины и массоподготовительного производства и разработать пневмосхему компрессорной системы
2) Разработать электрическую схему компрессорной станции
3) Создать автоматизированную систему управления компрессорной подстанцией на базе серийно выпускаемых микроконтроллерных устройств.
4) Провести практические испытания станции
5) Внедрить алгоритм обнаружения аварийных ситуаций в условиях производственного процесса.
Практическая новизна работы заключается в разработке системы разгрузки контуров компрессора и разработке системы управления компрессорной установкой с поочередной и ротационной работой агрегатов.
Практическая значимость работы заключается в разработке и автоматизация компрессорной станции для собственных нужд действующего производства
Основные положения, выносимые на защиту.
Схема компрессорной подстанции, электросхема компрессорной станции, с управлением от специализированного контроллера и схемой поочередной и ротационной работы
Апробация работы
По теме диссертации опубликованы 2 научные статьи [].
1. Петунин Ю.П., Демьяненко А,В.., Энергоэффективность электроприводов компрессорных установок Сборник статей Международной научно - практической конференции “Современные проблемы и тенденции развития экономики и управления”: Казань, 15 января 2018 г: - Уфа: Аэтерна, 2018. - 262 с.
2. Ромасюков В.В., Демьяненко А.В., Стенд диагностики электротехнического оборудования для промышленного предприятия. Сборник статей Международной научно - практической конференции “Современные условия взаимодействия науки и техники”: Челябинск, 29 марта 2018 г: - Уфа: ОМЕГА САЙНС, 2018. - 227c.
Выпускная работа состоит из введения, 3 разделов, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем работы 82 страницы машинописного текста, рисунков, графиков и таблиц.

Купить