Детальная информация

Работа посвящена вопросам автоматизации процесса упаковки строительных смесей в тару по заранее задаваемым параметрам. В ней решались следующие задачи: 1. проведение комплексного анализа технологических особенностей сухих строительных смесей (сыпучесть, плотность, абразивность, гигроскопичность) и существующего оборудования; 2 разработка технологической схемы для оптимизации автоматизированного цикла «от рулона до готового пакета»; 3 проектирование устройства фасовки; 4. разработка системы автоматизации на базе ПЛК, создание адаптивных алгоритм гибридного дозирования; 5. технико-экономическое обоснование и расчёт стоимости оборудования. В результате разработанное устройство сможет обеспечивать для малых и средних предприятий строительной индустрии следующие преимущества: - высокую точность и стабильность фасовки за счёт гибридной системы дозирования с весовой коррекцией; - снижение эксплуатационных издержек за счёт автоматизации, минимизации потерь сырья и использования рулонной упаковки; - повышение производительности труда и высвобождение персонала от рутинных операций; - улучшение санитарно-гигиенических условий и снижение запылённости в производственном помещении; - гибкость и адаптивность конструкции, позволяющие настроить оборудование под различные типы смесей и форматы упаковки.

The paper is devoted to the automation of the process of packaging building mixes in containers according to preset parameters. The following tasks were solved in it: 1. conducting a comprehensive analysis of the technological features of dry building mixes (flowability, density, abrasiveness, hygroscopicity) and existing equipment; 2. development of a technological scheme for optimizing the automated cycle "from roll to finished package"; 3. designing the packaging device; 4. Development of a PLC-based automation system, creation of adaptive hybrid dosing algorithms; 5. Feasibility study and calculation of equipment cost. As a result, the developed device will be able to provide the following advantages for small and medium-sized enterprises in the construction industry: - high packing accuracy and stability due to a hybrid dosing system with weight correction; - reduction of operating costs due to automation, minimization of raw material losses and use of roll packaging; - increase labor productivity and free up staff from routine operations; - improvement of sanitary and hygienic conditions and reduction of dust in the production area; - the flexibility and adaptability of the design, allowing you to customize the equipment for different types of mixtures and packaging formats.

• РЕФЕРАТ
• ABSTRACT
• ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
• СОДЕРЖАНИЕ
• 2 Разработка системы автоматизации технологических процессов…………..22
• ВВЕДЕНИЕ
• 1 Анализ технологических процессов и систем управления станций фасовки смесей
  • 1.1 Анализ строительных смесей (сыпучесть, плотность, влажность)
  • 1.2 Обзор существующих методов и оборудования для фасовки сухих смесей
  • 1.3 Выбор типа пакета
• 2 Разработка системы автоматизации технологических процессов
  • 2.1 Разработка технологического процесса фасовки
    • 2.2.1 Приём и хранение сырья
    • Исходная сухая строительная смесь из внешнего хранилища (это может быть стационарный силос, гибкий промежуточный контейнер типа «биг – бег» на рисунке 6 или другая ёмкость) подаётся в загрузочный узел фасовочной машины [14, с. 167]. Подача может осуще...
    • 2.2.2 Цикл дозирования (гибридный объемно весовой метод)
    • По управляющему сигналу от системы, свидетельствующему о готовности к началу нового рабочего цикла, активируется привод основного шнекового дозатора. Смесь из загрузочного бункера под действием силы тяжести или принудительно подаётся в промежуточный в...
    • 1 Этап быстрой (грубой) подачи. Шнек дозатора вращается с максимально допустимой скоростью, обеспечивая высокую производительность. Подача продолжается до момента, когда система по показаниям тензодатчиков фиксирует достижение в весовом бункере 90 - 9...
    • 2 Этап точного (дозаправки) дозирования. После достижения порогового значения скорость вращения шнека автоматически снижается до минимальной (либо для этой цели включается отдельный, более точный микродозатор). Это позволяет малыми порциями дозировать...
    • Цикл формирования пакета (параллельный процесс). Одновременно с процессом дозирования смеси, для оптимизации времени цикла, начинается подготовка потребительской тары - пакета [23]. Этот процесс также состоит из нескольких последовательных операций:
    • 1) Размотка материала. Рулон ламинированной крафт-бумаги установлен на размоточном устройстве, оснащённом регулируемым тормозным механизмом [5, 14, с. 225]. Это необходимо для поддержания постоянного и оптимального натяжения полотна, что предотвращает...
    • 2) Подача и центрировка. Полотно проходит через систему направляющих роликов, обеспечивающих его правильную траекторию. При наличии на упаковке фирменной печати используется датчик фотометки, который считывает контрольную метку и обеспечивает точное п...
    • 3) Формирование трубчатой заготовки. С помощью формообразующей гильзы (металлической трубы определённого диаметра) плоское полотно сворачивается в непрерывный рукав [18]. Продольный шов этого рукава герметизируется: либо проклеивается струйным апплика...
    • 4) Формирование и герметизация дна (отсечка готового пакета). Пневматический поперечный захват сжимает рукав в строго заданном месте, где будет находиться дно пакета. Для активации клеевого слоя или полиэтилена включается нагревательный элемент. После...
    • 2.2.3 Синхронизация операций и засыпка смеси
    • Программируемый логический контроллер (ПЛК) ожидает поступления двух ключевых сигналов готовности от параллельных процессов: сигнала «Доза готова» от весового терминала и сигнала «Пакет установлен на позиции» от соответствующего датчика положения [12,...
    • Автоматически открывается шиберный или лепестковый затвор, расположенный в нижней части весового бункера [14, с. 189].
    • Под действием силы тяжести (самотёком) или принудительно (с помощью небольшого вибрационного лотка) смесь поступает через телескопический засыпной патрубок прямо в горловину ожидающего пакета. Для минимизации пыления и обеспечения равномерного уплотне...
    • 2.2.4 Герметизация верха (укупорка) пакета
    • После полного опорожнения весового бункера и подъёма засыпного патрубка система приступает к окончательной герметизации упаковки [14, с. 256]:
    •  Очистка горловины. Для обеспечения абсолютной чистоты зоны будущей запайки, что критически важно для прочности шва, подаётся струя сжатого воздуха, которая сдувает возможные остатки смеси с внутренних поверхностей бортов пакета.
    •  Формовка. Специальные механические "лапки" или вакуумные захваты аккуратно формируют ровную и плотную складку на горловине пакета, подгибая его края для последующей запайки.
    •  Термозапайка. Две нагреваемые губки с покрытием из тефлона (предотвращающим прилипание расплавленного полиэтилена) с двух сторон сжимают подготовленную складку. Параметры процесса - температура (обычно в диапазоне 150-200 C) и время выдержки (1-3 се...
    • 2.2.5 Выгрузка готовой продукции
    • Запаянный пакет, ставший готовой товарной единицей, сбрасывается на наклонный лоток или аккуратно принимается ленточным транспортёром [14, с. 198]. Транспортёр отводит упаковку в зону последующей укладки на паллету для формирования транспортного пакет...
• 2.2.6 Описание взаимодействия узлов машины
  • 2.2 Разработка алгоритмов управления и программного обеспечения
• 3 Проектирование и расчётная часть системы автоматизации
  • 3.1 Узел дозирования: шнек, бункер, привод, система управления
    • 3.1.1 Бункер накопительный
    • Загрузочный бункер выполняет роль буферной ёмкости, обеспечивающей непрерывную и стабильную подачу сырья к дозатору даже при неравномерной подаче со стороны основного производства [14, с. 167]. Его объем выбирается, исходя из необходимости поддержания...
    • 3.1.2 Шнековый питатель (дозатор)
    • 3.1.3 Привод шнека
    • Для обеспечения плавного регулирования скорости в широком диапазоне, что необходимо для реализации гибридного алгоритма дозирования, выбран асинхронный двигатель с векторным частотным преобразователем [13, с. 345].
    • Данный тип привода позволяет не только точно задавать скорость, но и поддерживать высокий момент на низких оборотах, что критично для этапа точного дозирования, а также осуществлять быструю и контролируемую остановку рисунок 10. Предварительный расчёт...
    • 3.1.4 Система весового контроля и управления
    • Точное дозирование обеспечивается за счёт интеграции шнекового питателя с высокоточной весовой системой [19]. Весовой бункер (дозатор) изготавливается в виде жёсткой рамы, подвешенной на 3-4 высокоточных тензодатчиках типа S-образной балки с номинальн...
  • 3.2 Узел формирования пакета: размотка рулона, формирование заготовки, приклеивание дна, обрезка
    • 3.2.1 Устройство размотки рулона
    • Конструкция представляет собой консольную или двустоечную раму с разъёмными посадочными цапфами, что упрощает замену тяжёлых рулонов. Для поддержания постоянного и оптимального натяжения полотна по мере сработки рулона (уменьшения диаметра) применяетс...
    • 3.2.2 Формирование трубчатой заготовки
    • После выхода из размоточного устройства плоское полотно проходит через систему направляющих и центрирующих роликов, которые устраняют боковые перекосы. Далее материал поступает в формообразующую трубу (гильзу), где сворачивается в непрерывный рукав за...
    • 3.2.3 Узел поперечной запайки и отсечки (пакетоформирователь)
    • Это наиболее ответственный узел, определяющий прочность дна готового пакета [14, с. 241]. Конструктивно он представляет собой портальную раму с двумя горизонтальными губками, движущимися навстречу друг другу с помощью пневмоцилиндров или сервоприводов.
    • Рабочий цикл узла:
  • 3.3 Узел засыпки: питатель, патрубок, система уплотнения
    • 3.3.1 Затвор (питатель) весового бункера
    • Для надёжного перекрытия потока абразивной смеси применяется двухзаслоночный (шиберный) затвор. Он состоит из двух встречно движущихся пластин, что обеспечивает более плотное закрытие и меньший износ уплотнителей по сравнению с однозатворными системам...
    • 3.3.2 Засыпной патрубок
    • Патрубок выполняется в виде телескопической конструкции из двух-трёх секций рисунок 11. Это позволяет опускать его непосредственно в горловину пакета перед засыпкой, что минимизирует зазор и предотвращает распыление пылевидной фракции смеси в воздух [...
  • 3.4 Узел герметизации верха (укупорки): термозапайка
  • Конструктивно данный узел во многом аналогичен узлу формирования дна, но имеет особенности, обусловленные работой с уже заполненным пакетом [14, с. 256].
    • 3.4.1 Очистка горловины
    • Перед началом запайки сопло, подключённое к линии сжатого воздуха, подаёт короткий импульс внутрь горловины пакета. Это необходимо для удаления частиц смеси с внутренних поверхностей бортов, так как любое инородное тело между слоями плёнки нарушит гер...
    • 3.4.2 Формовка складки (обжим)
    • Механизм состоит из двух складочных пластин («лапок») с профилированной рабочей кромкой. Они сходятся с двух сторон и формируют ровную, плотную складку заданной ширины (обычно 15-25 мм). Качество формирования складки напрямую влияет на эстетику и проч...
    • 3.4.3 Процесс термозапайки
    • После обжима в зону складки сводятся две запаечные губки. В их работе реализован двухэтапный температурный режим [5]:
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
  • Алгоритм гибридного дозирования (код)
• i: INT;
• 1: // ЭТАП БЫСТРОЙ ПОДАЧИ (ГРУБОЕ ДОЗИРОВАНИЕ)
• 2: // ЭТАП ТОЧНОГО ДОЗИРОВАНИЯ
• 3: // ЭТАП КОРРЕКЦИИ ПАРАМЕТРОВ