Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий

Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий, может быть использовано в промышленности строительных материалов и позволяет повысить качество управления. Устройство содержит датчики 3 прочности изделий 2, датчик 4 температуры в агрегате 1 тепловой обработки, коммутаторы 5 по

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) () ) ) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1416320 (21) 4816374/33 (22) 09.01.90 (46) 23.04.92. Бюл. ¹ 15 (71) Курский политехнический институт (72) В.И.Саламатов, В.В.Бредихин, С,И.Меркулов, В.Г. Старобудцев и Ю.В.Черных (53) 621.555.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1416320, кл. В 28 С 7/00, 1986. (st)s В 28 В 11/ОО,В 28 С 7/00 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ И

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий, может быть использована в промышленности строительных материалов и позволяет повысить качества управления.

Устройство содержит датчики 3 прочности изделий 2, датчик 4 температуры в агрегате

1 тепловой обработки, коммутаторы 5 по 4

Ю

ОО

О Э

1728029 числу агрегатов, центральный коммутатор 6, блок 7 определения минимального значения прочности, формирователь 8, блок 9 определения свойств цемента, автокоррелятор-экстраполятор 10, оптимизатор 11, блок 12 коррекции расхода цемента, блок 13 определения длительности тепловой обработки, блок 14 коррекции режимов тепловой обработки, регуляторы 15 по числу агрегатов 1, блок 16 определения сроков схватывания бетонной смеси, блок 17 определения предваИзобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий, может быть использовано в промышленности строительных материалов и я вляется усовершенствованием устройства по авт. св. М 1416320, Целью изобретения является повышение качества управления.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит агрегаты 1 тепловой обработки, каждый из которых включает изделия 2 с соответствующим датчиком 3 прочности и датчик 4 температуры, и систему управления, которая включает коммутаторы 5 по числу агрегатов, центральный коммутатор 6, блок 7 определения минимального значения прочности, формирователь 8, блок 9 определения свойств цемента; автокоррелятор-экстраполятор

10, оптимизатор 11, блок 12 коррекции расхода цемента; блок 13 определения длительности тепловой обработки, блок 14 коррекции режимов тепловой обработки, регуляторы 15, блок 16 определения сроков схватывания бетонной смеси, блок 17 определения предварительной выдержки, блок

18 определения отклонений, блок 19 определения суточной прочности, блок 20 определения влажности инертных заполнителей; блок 21 химических добавок; исполнительные механизмы 22 подачи пара для каждого агрегата. Коммутаторы 5 и 6 включают релейную матрицу 23, мультивибратор 24, счетчик 25, дешифратор 26 и блок

27 ключей, блок 7 определения минимального значения прочности включает ультразвуковой прибор 28, аналого-цифровой преобразователь 29 и арифметическое устройство 30; формирователь 8 включает цифроаналоговый преобразователь 31 и ком па рато р 32; авто коррелятор-экстраполятор 10 включает вычитатель 33, квадратор

34, сумматор 35, вычитатель 36, схему 37

45 рительной выдержки, блок 18 определения отклонений, блок 19 определения суточной прочности, блок 20 определения влажности инертных заполнителей, блок 21 химических добавок и исполнительные механизмы подачи пара для каждого агрегата, датчик 54 электропроводности с и реобразователем

55, дифференциатор 56, компаратор 57, блок 58 управления подачей воды затворения с исполнительным механизмом 59 регулирующего органа 60. 1 ил. извлечения квадратного корня, два делителя 38 и усилитель 39; блок 13 определения длительности тепловой обработки включает регистр 40 ввода, арифметическое устройство 41, счетчик 42 команд и регистр 43 вывода; блок 14 коррекции режимов тепловой обработки включает два ЦАП 43, схему ИЛИ

44, арифметическое устройство 45, запоминающее устройство 46, счетчик 47,запоминающее устройство 48 и ЦАП 49; блок 17 определения предварительной выдержки включает два компаратора 50 и схему ИЛИ

51; блок 18 определения отклонений включает два компаратора 52 и схему ИЛИ 53, Кроме того, устройство дополнительно снабжено датчиком 54 электропроводности (выполненным по четырехэлектродной схеме) бетонной смеси с преобразователем 55 (вольтметр), дифференциатором 56, компаратором 57, выход которого подключен к входам блока 21 химических добавок и блоку 58 (например триггер) управления подачей воды затворения с исполнительным механизмом 59 (реле) регулирующего органа 60 (магнитного клапана), установленного в трубопроводе подачи воды затворения на второй стадии приготовления бетонной смеси.

Дополнительные блоки 54-60 служат для реализации двухстадийной технологии приготовления бетонной смеси, Выбор исходного режима тепловой обработки и коррекция расхода цемента производится блоками 1 — 53 прототипа.

Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий работает следующим образом.

Кинетика нарастания прочности бетона в изделии 2, находящемся в агрегате тепловой обработки 1, контролируется датчиками

3 прочности, которые через определенные промежутки времени после начала цикла. тепловой обработки, посредством коммутаторов 4 и центрального коммутатора 5 подключаются последовательно к блоку 7

1728029 определения минимального значения прочности. При этом опорные импульсы от мультивибратора 24 поступают на вход счетчика

25. Каждая ячейка счетчика подключена к координатным шинам матричного дешифратора 26. Выходы дешифратора 26 через блок 27 транзисторных ключей связаны с релейной матрицей 23, выполненной на магнитоуправляемых реле, и используются для подключения датчиков, задатчиков и исполнительных механизмов к управляющему блоку и схеме управления, соответственно

Емакс = = — —, (1)

У таам где у — скважность импульсов релейной матрицы; Tper интервал регулирования режимного параметра (температуры пропаривания); таам — время замыкания регулятора на исполнительный механизм.

Интервал регулирования Тр«без учета зоны неоднозначности регулятора выбирается из следующих пределов: т. Т... — Т. п (1 д " ) — х.(} где то — запаздывание в передаче управляющих воздействий;

То — постоя н н а я времен и объекта; и, — возмущающее (управляющее) воздействие.

Время замкнутого состояния выходов каждого реле матрицы 23 определяется.из условия: одоп д (3) тзам где рдо,, — допустимые отклонения режимного параметра в установившемся режиме;

Ко — коэффициент передачи объекта регулирования; Ким — показатель хода регулирую-. щего органа, 14 .

В блоке 7 определения минимального значения прочности устанавливается прочность изделия, находящегося в наихудших условиях тепловой обработки. Это происходит следующим образом. Сигнал с коммута-. тора 6 поступает на вход ультразвукового прибора 28, который фиксирует текущее значение прочности й; контролируемого изделия l, находящегося в камере j, а с выхода прибора 28 через аналого-цифровой преобразователь 29 сигнал поступает в арифметическое устройство 30, где собственно и реализуется алгоритм отыскивания изделия с минимальным значением прочности Ймин согласно фиг. 1. При этом в начале работы индекс (номер) камеры j устанавливается в единичное значение (первая камера подключена через коммутатор 6 к блоку 7), индекс контролируемого изделия i устанавливается в единичное состояние

С блока 9 электрический сигнал, пропорциональный значению активности цемента, использованного для изготовления данной партии изделий, по команде с блока

8 подается на вход автокорреклятора-экстраполятора 10, где путем прогнозирования осуществляется определение активности цемента на момент приготовления бетонной смеси в последующих замесах путем определения коэффициента вариации активности по результатам испытаний цемента, текущего и произведенного за квартал, по формуле: (первое иэделие первой камеры пропаривания подключено через коммутатор 5 и центральный коммутатор 6 к блоку 7), индекс текущего значения прочности и принимает

5 значение прочности первого изделия f4; ймии принимает значение Рь Весь алгоритм определения минимального значения прочности включает два цикла:! — определение минимального значения прочности в каж10 дой из m; ll — опрос всех m камер тепловой обработки, После установления минимального значения прочности изделия цифровой сигнал с арифметического устройства 30 блока 7 поступает на вход циф15 роаналогового преобразователя 31 . формирователя 8.

После преобразования цифрового сигнала аналоговый компаратор 32 сравнивает

20 установленное значение R » с заданным в виде уровня напряжения на контрольном входе компаратора 32 сигналом, соответствующим отпускной прочности изделия Rom.

С первого выхода формирователя 8 сиг25 нал в виде электрического импульса поступает на вход блока 9 определения свойств цемента. Перед рабочей сменой для работы устройства в датчики ультразвукового прибора блока 9 закладываются балочки разме30 ром 40 х 40 х 160 мм для определения активности применяемого цемента. Растворы для балочек готовят при водоцементном отношении, равном 0,4, причем их консистенция по распылу конуса после 30 встря35 хиваний на столике должна характеризоваться диаметром в пределах

106-115 мм, Балочки из раствора хранят в формах над водой в течение 24+ 2 ч,.помещая в ванну с гидравлическим затвором.

40 Далее их расформовывают и хранят в воде (температура 20ОC+ +2 С) в течение 27 сут.

Через 28 сут с момента изготовления балочки помещают в электроды ультразвукового прибора блока 9, Показатель предела проч45 ности в данном случае является активностью цемента, 1728029

100, (4) V— где V — коэффициент вариации, %; А; — активность цемента отдельной (i-й) партии, кгс/см; Аср — средняя активность цемента г, данной марки за квартал, кгс/см; п — число г, партий цемента данной марки, произведенного за квартал. Вычитатель 33 блока 10 определяет разность между значениями активности цемента отдельной (i-й) партии и средней активности цемента данной марки за квартал; квадратор 34 осуществляет возведение полученной разности в квадрат, после чего сигнал поступает на сумматор 35, Вычитатель 36 осуществляет вычитание единицы из числа партий цемента данной марки, произведенного за квартал. Частное от деления результатов вычисления блоков 35 и 36, полученное в делителе 38, в виде электрического сигнала поступает на схему 7 извлечения квадратного корня. Результирующий сигнал с выхода автокоррелятора — экстраполятора 10 поступает на вход автоматического оптимизатора 11, который реализует алгоритмы нахождения минимума технико-экономического критерия, представляющего собой варьируемую часть себестоимости, равную сумме затрат на цемент и тепловую обработку при выполнении условия обеспечения заданного уровня качества железобетонных изделий. В зависимости от заданных ограничений, накладыBGBMblx на удельный расход цемента и длительность тепловой обработки, организационно-технических ограничений, включающих себя сменность работы, номенклатуруу изделий. обеспечен ность материальными и энергетическими ресурсами и состояние связанных технологических постов, оптимизатор 11 принимает решение о необходимости изменения удельного расхода цемента в бетонной смеси последующих завесов, а также о длительности изотермического прогрева для следующего изделия или партий изделий.

Затраты на содержание оборудования определяются по формуле

Соб = (3,2Z Аоб+ 1,6 Х Аф)/Р, (5) где С oa — сумма расходов на содержание и эксплуатации по всем видам оборудования данной линии, А в — сумма амортизационных отчислений, определяемых по всем агрегатам и машинам линии по нормам, Аф— то же, по формам, формам-вагонеткам, оснастке; P — годовая производительность линии, Фактический удельный расчет энергоресурсов на заводе, с учетом затрат энергии во вспомогательных цехах (приготовление

55 бетонной смеси, хранение материалов на складах, производство арматуры, внутрицеховой и внутризаводской транспорт) и в обслуживающих подразделениях (ремонтные службы, отопления, горячая вода, освещение, вентиляция и др.) вычисляют по эмпирической формуле

Эз = 1,566,» (1 0 25 К + ЭтКзКа), (6) где 3> — затраты энергии на тепловлажностную обработку изделий с учетом потерь тепла в конструкциях камер, паровой системы и из-за несовершенства организации производства; n — число технологических линий на предприятии, К1 — коэффициент, учитывающий используемую удобоуклады ваемость бетонной смеси и способ ее уплотнения, принимаемый по заводским данным, Кг— коэффициент, учитывающий вид технологической линии, ма которой производятся изделия, принимаемый равным для конвейерных линий 1. поточно-агрегатных 1,04, кассетных 1,1 и стендовых 1,13, Кз — коэффициент, учитывающий тип применяемого теплового агрегата; Ка — коэффициент, учитывающий вид применяемого цемента, После принятия автоматическим оптимизатором 11 решения об изменении удельного расхода цемента в бетонной смеси последующих замесов, а также о длительности изотермического прогрева для следующих изделий, сигнал, пропорциональный величинам необходимости изменений, с выхода оптимизатора 11 поступает на вход блока 12 коррекции расхода цемента системы управления дозированием, которая обеспечивает приготовление бетонной смеси в последующем замесе измененного состава, В серийно выпускаемой станции управления бетонным заводом СУБЗ-1 для определения момента выключения питателя используются бесконтактн ые путевые датчики. Бесконтактный датчик устанавливается на дополнительной стрелке, с помощью которой указывается заданная масса дозы цемента, При поступлении материала в бункер дозатора основная стрелка поворачивается вокруг своей оси. При совпадении текущей дозы с заданной сигнал поступает

s устройство управления, которое выключает питатель. На серийно выпускаемых циферблатных головках обычно устанавливают несколько дополнительных стрелок с расположенными на них бесконтактными датчиками. Эти датчики и используются в данном устройстве для управления дозированием по команде с блока 11.

С второго выхода формирователя 8 результирующий сигнал поступает на вход

1728029

10 блока 13 определения длительности тепловой обработки, где определяется время изотермического прогрева изделий по формуле:

R(t) = С1е " + С е т", (7) где R(t) — отпускное значение прочности изделия в момент времени t, %, С вЂ” коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент его загрузки в 10 камеру; Сг- коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент подачи тепла в камеру; Т1, Т вЂ” постоянные времени, определяющие скорость изменения прочности во времени при естествен- 15 ном твердении и при подаче тепла в камеру соответственно, c;. t — время тепловой обработки.

Блок 13 работает следующим образом.

Перед циклом тепловой обработки в ре- 20 гистр 40 ввода записывается продолжительность режима тепловой обработки, установленная на данном заводе. По сигналу с блока 8 счетчик 42 команд выдает команду на регистр 40 ввода и 25 арифметическое устройство 41 о корректировке режима тепловой обработки. Арифметическое устройство 41 производит увеличение или уменьшение установленного режима тепловой обработки изделий, 30

Окончательная длительность цикла тепловой обработки записывается в регистр 43 вывода блока 13. Выход блока 13 связан с входом блока 14 коррекции режимов тепловой обработки, в котором происходит запо- 35 минание нового значения длительности изотермического прогрева для изделий, проходящих тепловую обработку в данном тепловом агрегате. При отсутствии сигналов с блоков 17, 18, 21 блок 14 выполняет цикл 40

ТВО, установленный блоком 13, в противном случае(при наличии сигнала с одного из перечисленных блоков) происходит корректировка режимов ТВО, Сигналы с блоков 17 и 21 через блок 43 и схему ИЛИ 44 поступа- 45 ют в арифметическое устройство 45 и на счетчик команд 47 блока 14. С регистра вывода 43 блока 13 установленный цикл TBQ поступает на запоминающее устройство 48 блока 14 и по команде со счетчика команд 50

47 вводится для корректировки в арифметическое устройство 45. Откорректированная длительность изотермической выдержки изделий из арифметического устройства 45 записывается в оперативные за- 55 поминающие устройства 46, количество которых равно количеству тепловых камер.

Цифровые сигналы с оперативных запоминающих устройств поступают в цифроаналоговые преобразователи 49, с выхода которых в виде аналоговых сигналов поступают на второй вход регулятора 15.

На первый вход регулятора 15 режима тепловой обработки с выхода датчика 4 температуры поступает электрический сигнал, пропорциональный величине температуры в тепловом агрегате 1. С выхода регулятора

15 режима тепловой обработки результирующий электрический сигнал поступает на вход исполнительного механизма 22, установленного на линии подачи теплоносителя в тепловой агрегат 1, Блок 18 выдает сигнал на первый вход

17 определения предварительной выдержки о корректировке времени предварительной выдержки в зависимости от сроков схватывания бетонной смеси. Принцип работы блока 16 основан на том, что со сроками схватывания бетонной смеси связываются такие параметры тепловой обработки как время предварительной выдержки и начало изотермического прогрева.

Если отклонения превышают допустимую величину, контролируемую блоком 16, подается сигнал и производится соответствующая коррекция блоком 17 при несоответствии начала схватывания и блоками 10 и 14 при несоответствии конца схватывания бетонной смеси, Если сроки схватывания укладываются в расчетные, то корректировка режима не производится.

Компараторы 50 через схему ИЛИ 51 блока

17 выдают управляющий сигнал на блок 14 коррекции режимов TBO.

Блоком 19 определяется фактическая прочность изделий в возрасте 28 сут. Значение этой прочности анализируется блоком

18 определения отклонений путем сравнения с проектной. При этом сигнал с блока 19 сравнивается компаратором 52 с уровнем сигнала, соответствующим проектному значению прочности. Если отклонения выходят за установленные рамки (например, 10%), то сигнал с компаратора 52 в качестве управляющего подается через схему ИЛИ 53 на блок 17, по сигналу с которого предварительная выдержка меняется, причем ее изменение производится в долях сроков схватывания бетонной смеси, выдаваемой блоком 16 (например 0,1, 0,2 .„т ). Блок

20 определения влажности инертных заполнителей определяет влажность инертных заполнителей (песка и щебня) и пропорционально ее величине подает сигнал на блок

18 определения отклонения о корректировке времени предварительной выдержки бетонных изделий.

1728029

40

50

Непосредственно перед циклом тепловой обработки на блоке 2 химических добавок устанавливается уровень напряжения, соответствующий виду применяемой химической добавки (замедлитель или ускори-. тель). Если применяется замедлитель твердения бетона, то уровень выходного сигнала блока 21 равен -5B, если применяется ускоритель твердения бетона, то уровень выходного сигнала блока 21+58, Если при изготовлении изделий химические добавки не используются, то уровень выходного сигнала равен О, При этом, по сути дела, команда с блока 21.о корректировке режима

ТВО отсутствует. B частности, этим объясняется то обстоятельство, что блоком 21 является "блок напряжения", Усилитель 39 блока 10 является усилителем с коэффициентом усиления 100, он выполняет умножение результата с делителя 38 на 100, т.е. вычисление коэффициента вариации активности цемента.

При этом на этапе перемешивания бетонной смеси после введения первой части воды затворения (307, от расчетного количества) в бетоносмеситель закладывается датчик 54 электропроводности, сигнал с которого поступает на преобразователь 55, с которого сигнал в виде напряжения электрического тока U поступает на дифференциатор 56, где производится преобразование дО сигнала в 8 t . Сигнал, соответствующий изменению скорости роста электрического д0 напряжения, поступает на компаратор

57, где путем сравнения с нулевым потенциалом О определяется момент введения второй части воды затворения (70 g) от расчетного количества. С компаратора 57 электрический сигнал поступает на блок 58 управления подачей воды затворения и на

5 блок 21 химических добавок. Этот сигнал воспринимается блоками 57 и 21 как команда для подачи второй части воды затворения и введения пластифицирующей добавки, Исполнительный механизм 59 и магнитный

10 клапан 60 осуществляют реализацию режима двухстадийного приготовления бетонной смеси. Затем бетонная смесь перемешивается вторично.

Устройство для управления процессом

15 изготовления бетонных и железобетонных изделий обеспечивает оптимизацию технологического процесса, заданный уровень качества изделий по прочности, экономию теплоносителя, 20

Формула изобретения

Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий по авт. св. N 1416320, о т л и ч а ю25 щ е е с я.тем, что, с целью повышения качества управления, оно снабжено датчиком электропроводности бетонной смеси с преобразователем, дифференциатором, компаратором и блоком управления подачей

30 воды затворения с исполнительным механизмом соответствующего регулирующего органа, причем датчик электропроводности через последовательно соединенные преобразователь и дифференциатор подключен к

35 входу компаратора, выход которого подключен к входу блока управления подачей воды затворения и к входу блока химических добавок.