Автоматизированная система диспетчерского мониторинга процесса подготовки графитового сырья

АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 5
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 11
1.1 Заготовительный передел 13
1.2 Формование 16
1.3 Обжиг 17
1.4 Графитация 18
2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ОБЖИГА
ЗАГОТОВОК 23
3 ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ 34
3.1 Автоматизация системы 34
3.2 Выбор оборудования 37
3.3 Организация электропитания 48
4 ИНТЕРФЕЙС АРМ ДИСПЕТЧЕРА 51
4.1 Программное обеспечение 51
4.2 Запуск и работа системы 55
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
ПРИЛОЖЕНИЯ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ А 72
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 73
ПРИЛОЖЕНИЕ В 75
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 78

Купить

Высококачественные искусственные графиты (ИГ) являются практически незаменяемыми конструкционными материалами для целого ряда современных наукоёмких отраслей промышленности. Традиционными областями применения ИГ являются чёрная и цветная металлургия, атомная энергетика, химическая промышленность, точное машиностроение, а также производство компонентов электронной техники, стекла, керамики и ряда других материалов.
В последние десятилетия ведущие фирмы-производители ИГ из Японии, США, Германии и Франции резко расширили номенклатуру и повысили качество серийно выпускающихся ИГ, в основном за счет появления на рынке значительного количества марок мелкозернистых и тонкозернистых ИГ, отвечающих возросшим требованиям потребителей в различных областях современной науки и техники [1].
Полученные мелкозернистые и тонкозернистые ИГ отличались высокими физико-механическими характеристиками, низкой пористостью, высокой однородностью, и, как следствие, высокими эксплуатационными характеристиками. Поэтому, несмотря на высокую, по сравнению с традиционными материалами стоимость, применение этих материалов постоянно расширяется [2].
За последние годы в России из-за экономического кризиса и потери традиционных источников сырья, основная часть разработок в области техноло - гии ИГ велись с целью адаптации нового сырья к существовавшим ранее технологическим процессам получения традиционных марок мелкозернистых графитов - АРВ, МГ, МИГ. Однако эти материалы по однородности структуры, эксплуатационной стойкости и габаритам не отвечают современным требованиям и не конкурентноспособны на мировом рынке. Потребности развивающейся российской промышленности в
крупногабаритных заготовках тонкозернистых графитов удовлетворяются за счёт импорта [3].
В процессе литературного анализа было установлено, что добиться сокращения «брака» в процессе производства за счет увеличение прочности искусственных графитов при уменьшении размеров зерна связано с изменением влияния на прочность факторов, определяющих критический размер дефектов, инициирующих разрушение. Для крупно- и среднезернистых графитов определяющими факторами являются размеры частиц наполнителя, для тонкозернистых - размеры частиц пресспорошка [4].
Существует концепция технологического процесса получения крупногабаритных заготовок тонкозернистых ИГ, основанная на специально отработанной совокупности технологических приёмов, позволяющих регулировать усадки заготовок на всех стадиях термообработки и обеспечивающих повышение свойств конечного материала при снижении термических напряжений заготовок при обжиге и графитации [5].
Известно, что экспериментально опробованы различные способы тонкого измельчения и сформулированы основные требования к оборудованию для получения тонкодисперсных углеродных наполнителей. Результаты работы использовались при разработке технологии тонкозернистого графита и при получении углеродных наполнителей для создания автоэмиссионных катодов и экспериментальных материалов для создания объёмного дугового разряда.
Основными областями применения ИГ в настоящее время являются: технология полупроводниковых материалов и интегральных микросхем (нагреватели подложки, пьедесталы, контейнеры и т.д.); атомная энергетика (ТВЭЛ, ядерный графит и т.д.); чёрная и цветная металлургия (тигли, нагреватели, электроды, контейнеры, литейные формы, кристаллизаторы, изложницы и др.); производство стекла, керамики, алмазного инструмента (штампы, держатели, оснастка для горячего прессования и т.д.), авиаракетная техника (детали реактивных турбин, газовые рули, конуса и вкладыши
критического сечения), а также точноесред позволило широко использовать ИГ в качестве материала для химической аппаратуры [14].
Углеродные материалы, в т.ч. тонкозернистые графиты, обладающие низким значением работы выхода электронов и способные к длительной эксплуатации в высоком вакууме, используются в качестве автоэлектронных катодов для электронных пушек, нагревателей, источников света и плоских дисплейных экранов [15].
Существует по меньшей мере несколько областей применения конструкционных ИГ, в которых преимущество тонкозернистых материалов имеет принципиальный характер.
1. Применение в качестве графитовой оснастки в установках непрерывного литья цветных металлов. В процессе непрерывного литья от шероховатости поверхности фильеры и стойкости оснастки, в том числе и плавильного тигля, по отношению к расплавленному металлу и кислороду напрямую зависит производительность и экономичность процесса, а также качество выплавляемого металла.
2. Применение в качестве графитовой оснастки в процессах получения компонентов электронной техники в том числе монокристаллических полупроводников (в первую очередь кремния), пьедесталы для получения элементов интегральных схем (микропроцессоров), тигли, нагреватели, лодочки жидкофазной эпитаксии и пр. Процесс получения компонентов электронной техники отличается крайне высокой стоимостью обрабатываемых материалов, что в свою очередь определяет повышенные требования к используемым компонентам, в первую очередь к графитовой оснастке.
3. Применение в качестве электрод-инструмента при электроэрозионной обработке металлов в точном машиностроении, когда от размеров зерна и высокой микрооднородности материала зависят основные рабочие параметры
машиностроение и металлообработка процесса изготовления изделий сложной формы и чистота обрабатываемой поверхности.
Актуальность темы. Актуальность внедрения современных систем автоматизации и мониторинга технологическим процессом обработки продиктована требованиями повышения качества продукции.
Автоматизированная система управления обеспечивает непрерывный режим работы и выполняет основные операции для поддержания необходимых значений параметров. Система управляет оборудованием по выбранному алгоритму и выполняет следующие основные функции:
- контроль параметров;
- управление прессом;
- управление затвором;
- управление ножницами (размыкание/смыкание);
- управление толкателем (вперед/назад);
- управление средним давлением пресса (назад/вперед);
- управление высоким давлением пресса (вкл/выкл);
- управление выгрузкой бункеров;
- управление заслонками смесительных машин;
- управление ленточными питателями (вкл/выкл);
- управление дробилками молотковыми (вкл/выкл);
- управление элеваторами (северная/южная нитки) (вкл/выкл);
- управление сортировкой (5 и 6 этажи) (вкл /выкл);
- возможность ручного управления.
Автоматизированная система мониторинга и управления, а также системы диспетчерского контроля призваны свести к минимуму участие человека в процессе контроля и управления имеющимися инженерными системами. Использование подобных автоматизированных систем, осуществляющих контроль и управление над системой, объединяющей собранное воедино всё имеющееся инженерное оборудование, дает возможность организации
(подшипники, электрод-инструменты для слаженной работы всего комплекса [16]. Создание и внедрение автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления обеспечит:
- непрерывный контроль работы оборудования без постоянного присутствия обслуживающего персонала;
- уменьшение времени простоя оборудования при возникновении нештатных ситуаций;
- сокращение объемов выпуска бракованной продукции;
- повышение уровня индивидуальной ответственности обслуживающего персонала, благодаря автоматической регистрации действий диспетчера.
Цель работы - оснащение существующего оборудования системой сбора рабочих параметров, которые позволят сократить количество бракованных заготовок, обработка таких параметров и дальнейшая передача информации на верхний уровень АСУТП по сети Ethernet.
Задачи работы:
- изучить технологию Производства;
- провести технологические расчеты обжига заготовок;
- Разработать схему автоматизации;
- разработать электрическую принципиальную схему;
- подобрать оборудование для автоматизации системы;
- разработать интерфейс АРМ;
- обеспечить диспетчеризацию системы на основе локальной сети Ethernet.
Объект исследования - производство графитовых заготовок (далее Производство), которое расположено в Челябинской области. Предмет исследования - автоматизированная система диспетчерского мониторинга процесса подготовки графитового сырья. Создание усовершенствуемой системы автоматизации с обеспечением диспетчерского контроля и управления.
электроэрозионной обработки металлов и сплавов), химическая промышленность (детали и футеровка химической аппаратуры) и т.д. [6].
В настоящее время ИГ рассматриваются как поликристаллические углеродные материалы, обладающие сложной надкристалитной структурой и разветвленной системой пор [7]. Кристаллиты ИГ состоят из пакетов углеродных слоев, имеющих высокую степень трехмерного упорядочения [ 8]. Физико-механические свойства графита определяются особенностями кристаллической структуры на микро- и макроуровне [9], которые, в свою очередь, зависят от природы исходного сырья и применяемой технологии изготовления ИГ [10].
Причиной широкого применения ИГ является уникальное сочетание физико-механических характеристик данного класса материалов. В первую очередь - высокая температура сублимации, что позволяет графитовым изделиям оставаться в твёрдом состоянии до 4000 К. При нагревании до 3000 К прочность ИГ увеличивается, в отличие от большинства высокотемпературных материалов, [11]. При небольшой плотности, ИГ обладают высокой устойчивостью к термоудару, за счёт сочетания высокой теплопроводности и низкого, по сравнению с металлами, коэффициента термического расширения (КТР) [12].
Температура эксплуатации изделий из ИГ на воздухе - до 400 °С, в инертной среде до 2400 °С. Графит относится к немногим материалам, которые имеют высокую теплопроводность, не обладая при этом высокой электропроводностью и широко применяется в термическом оборудовании различного назначения в качестве нагревателей, а также экранов, держателей и т.д. [13].
Специфика кристаллической структуры ИГ обуславливают его хорошие антифрикционные свойства, устойчивость к воздействию многих агрессивных

Купить