Автоматизация процесса спекания пенополистирола

Производство пенопласта (пенополистирола) состоит из следующих этапов:
1. В предвспенивателе, куда подаётся пар под давлением, происходит предварительное вспенивание сырья (полистирола вспенивающегося). Под воздействием пара гранулы полистирола многократно увеличиваются в размере, - как бы вспениваются. При достижении гранулами определённого объема процесс подачи пара прекращается, а сырье посредством пневмотранспорта отправляется в бункера выдержки.
2. Во время выдержки вспененных гранул в бункерах дозревания происходит сушка и стабилизация внутренних напряжений гранул. В зависимости от используемого сырья время выдержки составляет 12 – 24 часа.
3. Формование блока пенопласта в блок-форме. Гранулы загружаются в блок-форму, где происходит их тепловая обработка, и гранулы повторно расширяются, формируя таким образом внутри установки блок пенопласта. Затем происходит процесс охлаждения отформованного блока путем создания установкой вакуумирования разряжения в рабочей камере блок-формы и выталкивание толкателем, работающим от пневмоцилиндра, либо «пневмоподушкой».
4. В период выдержки после формовки в блоках снижается влажность, а также стабилизируются внутренние напряжения.
5. Выдержанный блок можно нарезать на листы на горизонтальной, вертикальной или комбинированной резке.
6. Отходы производства измельчаются в дробильной установке, из которой по пневмотранспорту загружаются в отдельный накопительный бункер. Измельченный пенопласт повторно используется в производстве пенополистирольных плит при добавлении его ко вновь вспененным гранулам в соотношении около 1:10.
Отделу автоматизации была поставлена задача: автоматизировать одну из самых сложных единиц оборудования в производственной линии – блок-форму, поскольку алгоритм действий оператора блок-формы обнаруживает ряд серьёзных проблем, требующих решения:
Оператору во время всего цикла необходимо выставлять шаровые краны для подачи пара в блок-форму согласно инструкции.
Оператор должен каждые 15 минут проводить весь цикл заново. Действия по управлению блок-формой однообразны, но требуют определённого внимания. На фоне общей утомлённости это приводит к случайным ошибкам при управлении блок-формой.
Продувку, пропарку и охлаждение оператор делает, ориентируясь по показаниям манометров и часам.

Таким образом, прежде всего, нужно было освободить оператора от монотонной работы. Если за весь цикл спекания пенопласта будет отвечать автоматика, оператор сможет выполнять другие операции по цеху, например, заниматься подготовкой сырья или резкой блоков. Данное внедрение позволило бы сократить количество рабочих мест в цехе, что существенно уменьшило бы себестоимость выпускаемой продукции.
Исходя из задач, были составлены требования к функциональному составу устройства:
Наличие единого пульта управления всей блок-формой.
Наличие управляемых клапанов и задвижек.
Наличие логики, автоматически управляющей положением задвижек для подачи пара, положением клапанов для загрузки сырья, управление вентиляторами загрузки и вакуумным насосом.
Наличие панели оператора для оповещения оператора о ходе работы.
Наличие логики, реализующей автоматический запуск и окончание процесса.
Наличие логики, позволяющей вручную задавать временные интервалы продувки, пропарки и охлаждения. А также выбор конфигурации для данных операций. Так, например, предоставление выбора программы для оператора делать продувку не по времени, а по значению манометра.
Наличие аварийного оповещения оператора. Так, если во время автоматического цикла произошла авария, то необходимо проинформировать о ней оператора. После чего оператор переводит установку в ручной режим и завершает цикл под своим собственным контролем.
В первую очередь необходимо было заменить ручные шаровые краны для подачи пара в блок-форму на автоматически управляемые шаровые краны. Были выбраны шаровые краны, оснащенные пневмоприводами и конечными выключателями, для того чтобы в случае выхода крана из строя или по какой-то причине неоткрывания его, автоматика смогла определить данную неисправность и сообщить оператору об аварии.

Для привода двери, замка и клапанов загрузки в блок-форму были применены пневмоцилиндры, также оснащенные датчиками положения или конечными выключателями – для выявления аварийных ситуаций в случае несрабатывания замка или незакрывания двери.

Управление пневматическими исполнительными устройствами было принято осуществлять с помощью пневмораспределителей.

По заданию требовалось, чтобы операции пропарки и охлаждения имели возможность контролироваться по давлению в блок-форме. А именно: должно произойти завершение операции пропарки и охлаждения по достижению какого-то определенного значения давления. То есть как только требуемое давление будет достигнуто, операция будет закончена. Для этой цели прекрасно подошли контактные манометры.
В качестве контроллера был выбран ОВЕН ПЛК 100 с двумя модулями расширения МДВВ. Данное оборудование идеально подходит для автоматизации блок-формы так как все входные сигналы, поступающие на вход контроллера, и выходные сигналы с контроллера являются дискретными. Также большим плюсом для выбора данного контроллера послужило то, что в комплекте с контроллером поставляется бесплатное программное обеспечение для программирования ПЛК и подробная инструкция с описанием и примерами.

Программа для ПЛК была написана в CoDeSys на языках SFC и CFC. Программа представляет из себя последовательные шаги. В каждом шаге происходит анализ входных сигналов от конечных выключателей клапанов, пневмоцилиндров и контактных манометров. Если входные сигналы удовлетворяют условию, то формируется выходной сигнал на управление пневмораспределителями и магнитными пускателями.

По окончанию цикла формирования блока пенопласта программа возвращается на первый шаг и встает в режим ожидания до тех пор, пока оператор не нажмет кнопку «Старт».