Автоматизация процессов производства железобетонных изделий

При производстве железобетонных труб основными переделами являются: изготовления арматуры, подготовки и сборки форм, формования изделий и их тепловлажностной обработки, распалубки и контроля качества готовых труб. Для формования труб используют ременную центрифугу с регулируемым числом оборотов. Бетонную смесь укладывают в формы ленточным питателем путем ввода его консоли с питающей лентой в форму и одновременного перемещения питателя по рельсовому пути. После окончания формования форму со свежеотформованным изделием поворачивают в вертикальное положение и устанавливают на место тепловлажностной обработки труб. Режим обработки: выдержка при температуре цеха — 2ч, подъем температуры до 80 — 85 °С —2 ч, изотермический прогрев — 8 ч и охлаждение в формах до распалубки — 2ч.

Готовую трубу после распалубки извлекают из формы и укладывают в цехе на специальные прокладки на месте их выдержки ила на самоходную тележку и вывозят на склад готовой продукции.

Автоматизация, приведенных переделов, обеспечит оптимальное использование сырья, энергии и оборудования для достижения заданных параметров качества выпускаемой продукции.

 

2. Автоматизация производства

2.1 Процесс изготовления арматуры

Технологический процесс  изготовления арматуры предусматривает, правку и резку арматурной стали, поставляемой в мотках и прутках, на стержни заданной длины, стыковую сварку и гибку стержней, сварку сеток и каркасов, укрупнительную сборку объемных арматурных блоков, транспортирование их и монтаж в формах.

На заводах по производству железобетонных конструкций и изделий  применяют поточно-механизированные линии для заготовки и сварки арматурных изделий, включающие устройства для транспортных операций изделий в процессе изготовления.

Для автоматического  управления циклически повторяющимися технологическими процессами необходимо формировать сигналы пуска и  отключения исполнительных механизмов. Поэтому устройство управления этими  процессами должно реализовывать соответствующий цикл, в каждом этапе которого оно формирует необходимый сигнал управления. Каждый из управляющих сигналов переводит машины в режим выполнения соответствующей ему технологической операции. Для определения моментов перехода от одного состояния в другое используются либо сигналы, снимаемые с датчиков положения исполнительных механизмов, либо элементы задержки.

Современный уровень  развития средств автоматики позволяет автоматизировать работу не только отдельных составляющих технологического процесса изготовления арматурных сеток и каркасов, но и технологических линий, состоящих из станков.

Изготовление арматурных каркасов и закладных деталей − одна из наиболее трудоемких операций в производстве сборных железобетонных изделий. Для различных технологических процессов и видов изделий трудоемкость этих операций составляет 20...60%. Основные закладные детали и арматурные каркасы изготовляют непосредственно на заводах сборного железобетона в арматурных цехах.

Использование современных систем управления в арматурных машинах, реализованных на ЭВМ, позволяет не только повысить эффективность работы, но и благодаря возможности изготовления арматурных каркасов с произвольным переменным шагом существенно сократить расход стали. В перспективе технологическое оборудование арматурных цехов будет иметь возможность выпуска арматурных каркасов практически любой конфигурации, что позволит на стадии проектирования железобетонных изделий оптимизировать расход металла. Широкое использование управляющих вычислительных машин в системах автоматизации сварочных, гибочных и других станков при изготовлении различных закладных деталей, стропольных петель, хомутов является основной тенденцией автоматизации арматурных работ. С появлением роботов широко автоматизируются арматурные, операции, связанные с заправкой арматурной проволоки сборочные операции при изготовлении объемных арматурных стержней для предварительно напряженных железобетонных изделий и другие виды работ.

Для автоматизации внутризаводских транспортных операций созданы принципиально новые транспортные средства, транспортные работы.

В последние годы интенсивно развиваются автономные монорельсовые  подвесные транспортные средства, снабженные автоматическими грузозахватами. Они  управляют электронно-вычислительной машиной, команды от которой передаются в систему управления с помощью специальных троллеев, закрепленных на монорельсе, и пантографа.

На рис. 1.1 представлены в качестве примера сеть монорельсовой подвесной дороги, обеспечивающая автоматическую подачу в формовочный цех арматурных каркасов и закладных деталей. Управляющая вычислительная система ведет учет выработки арматурных каркасов и закладных деталей, наличия их в формовочном цехе, определяет, с какого арматурного или гибочного станка на какую формовочную линию, какой вагонеткой целесообразно (с целью оптимизации энергозатрат или времени на доставку продукции) осуществлять транспортировку, вырабатывает необходимые управляющие команды транспортными развязками и самой вагонеткой.

Управляющая система, обеспеченная средствами автоматической диагностики, прогнозирует возможный выход из работы механического оборудования, осуществляющего захват и транспортировку арматурных каркасов и закладных деталей, а также с целью предупреждения срывов технологического режима производства определяет сроки ремонта и профилактики. Высокая степень надежности механического оборудования, исполнительных механизмов, полная автоматизация производства и транспортировки позволяет существенно снизить трудоемкость процессов, устранить простои механизмов формовочного цеха, повысить в целом ритмичность производства.

Рисунок 1.1 Транспортировка арматурных каркасов или арматурных модулей

1 – пакет арматурных  каркасов; 2 – грузозахват; 3 – подъемник; 4 – система управления;

5 – вагонетка; 6 – троллей; 7 – пантограф; 8 – монорельс

 

Для использования роботов  при автоматизации арматурного  производства необходимо: обеспечить контейнеризацию арматурных стержней, арматурных каркасов и закладных  деталей: использовать арматурные модули; разработать специальные захваты для промышленных роботов, обеспечивающих надежное перемещение элементов железобетонного изделия.

2.2 Процесс формования

Процесс формования —  важнейший технологический передел, определяющий производительность всех линий. Задача контроля качества формования на базе формовочных машин — обеспечение требуемой плотности и качества отформованных изделий (плит перекрытий, дорожных плит, стеновых панелей и др.).

Операции, связанные с  формованием железобетонных изделий, являются наиболее сложными, трудоемкими и вследствие наличия значительных вибраций — наиболее вредными для здоровья операторов и рабочих. Поэтому повышение производительности данного технологического передела является важнейшей задачей совершенствования технологического процесса в целом.

Полная автоматизация  данного технологического передела базируется на обеспеченности его контрольно-измерительной  аппаратурой, позволяющей определить комплекс технологических параметров процесса формования, таких, как качество зачистки и смазки форм, точность сборки форм, равномерность распределения бетонной смеси по форме, степень уплотнения бетонной смеси, качество затирки наружной поверхности и т. п.

При изготовлении железобетонных изделий бетонная смесь уплотняется и изделиям придается определенная геометрическая форма с помощью формовочного оборудования.

Уплотнение бетонной смеси центрифугированием применяют  при изготовлении длинномерных, симметричных относительно продольной оси изделий, например, труб. Основное формовочное оборудование — центрифуги, бетонная смесь в которых уплотняется при вращении формы с заданной частотой.

Принципиальная схема  автоматизации производства труб методом  центрифугирования изображена на рис. 1.2. Управление установкой производится следующим образом. После установки формы Ф с арматурой и заполнения бетонной смесью питателя П оператор включает устройство программного управления, которое с помощью магнитного пускателя 3-1 включает привод движения тележки питателя ТП вперед. Когда питатель займет рабочее положение, появляется сигнал путевого выключателя 2-1 и устройство программного управления отключает привод движения тележки. Ее крайнее положение ограничивается упором У. Одновременно с помощью магнитного пускателя 3-3 включается механизм загрузки. Регулятор скорости 1-1 переводит центрифугу в режим минимальной скорости вращения формы (М - привод вращения формы). В течение определенного интервала времени происходит загрузка во вращающуюся форму порции бетонной смеси и ее распределение.

Рисунок 1.2 Схема автоматизации  производства труб методом центрифугирования

Ф – форма; П – питатель; ТП – тележка питателя; У –  упор; М – привод вращения формы

 

После окончания загрузки с помощью магнитного пускателя 3-2 включается двигатель передвижения тележки назад, и регулятор скорости переводит центрифугу в режим вращения формы со средней частотой. При достижении тележкой исходного положения появляется сигнал конечного выключателя 2—2, и устройство программного управления с помощью магнитного пускателя 3—2 отключает двигатель передвижения. При вращении формы со средней частотой в течение установленного интервала времени происходит предварительное уплотнение бетонной смеси. Затем регулятор скорости, получив сигнал от устройства программного управления, переводит центрифугу в режим максимальной скорости. По истечении интервала времени, необходимого для окончательного уплотнения, цикл формования заканчивается.

Перспективы автоматизации  передела формовки связаны также  с использованием промышленных роботов. Это обусловлено тем, что полная автоматизация данного технологического передела связана с разработкой адаптивных систем управления исполнительными механизмами, характеристики которых по перемещению, скорости, грузоподъемности, точности соответствуют современным промышленным роботам и манипулятора.

2.3 Процесс тепловлажностной обработки

Тепловая обработка, обеспечивает ускоренное твердение отформованных бетонных изделий в специальных теплоагрегатах. Основная цель автоматического контроля и управления этим процессом заключается в соблюдении заданных режимов твердения бетона при минимальном расходе энергоресурсов.

Эффективность автоматизации  тепловой обработки во многом определяется выбором регулируемого параметра, характеризующего ход процесса ускоренного твердения бетона.

Большинство существующих систем автоматического контроля и управления процессами тепловой обработки железобетонных изделий предназначено для регулирования процесса твердения (а также его контроля) по температуре теплоносителя (в объеме тепловой установки — камера-автоклав) или конденсата, отводящегося из отсеков термоформ, кассет или других установок, где прогрев бетона осуществляется без непосредственного контакта теплоносителя с бетоном.

Для контроля температуры при тепловлажностной обработке железобетонных изделий применяются в основном стандартные преобразователи и вторичные приборы, начиная от простейших промышленных стеклянных термометров до автоматических многоточечных мостов и потенциометров.

В качестве вторичных  приборов в комплекте с термопреобразователями сопротивления могут применяться, кроме электронных мостов, логометры различных типов, в основном используемые для дистанционного контроля.

Мосты уравновешенные электронные  автоматические предназначены для  измерения, регистрации на ленточной или дисковой диаграмме и сигнализации температуры при работе с термопреобразователями различных стандартных градуировок. Выпускаются одно- и многоточечные мосты (до 12 модификаций) с различными скоростями движения ленточной диаграммы. Применение многоточечных электронных мостов обеспечивает возможность создания централизованных постов дистанционного контроля режимов тепловой обработки железобетонных изделий. Многоточечные мосты обычно входят в состав многоканальных систем автоматического контроля и управления тепловлажностной обработки железобетонных изделий.

В практике также применяют для контроля температуры тепловой обработки термоэлектрические преобразователи (термопары).

Практически автоматизация  процесса тепловлажностной обработки  изделий для установок периодического действия сводится к автоматическому программному регулированию температуры той или иной среды.

Для этого внедряют системы автоматизации тепловой обработки, использующие электронно-вычислительную технику, в том числе микро - и мини - ЭВМ, микропроцессорные контроллеры и т. п.

Дальнейшее совершенствование  систем автоматического контроля и  управления тепловой обработкой железобетонных изделий должно осуществляться в  направлении оптимизации режимов  на основе применения систем и средств электронно-вычислительной техники и аппаратуры физического, в первую очередь неразрушающего контроля в рамках общецеховых и общезаводских систем АСУ ТП и АСУП.

 

Заключение

Основная цель автоматизации  производственных процессов – это  обеспечение экономии сырьевых и топливно-энергетических ресурсов, сокращение ручных операций, улучшение условий труда при управлении агрегатами, процессами и производством в целом, то есть повышение технико-экономических показателей технологического передела, цеха, предприятия.

Учитывая необычайно широкие возможности современной микровычислительной техники для автоматизации, в частности наличие компактных запоминающих устройств, обладающих большой емкостью и позволяющих хранить в них довольно сложные программы управления, можно создать с помощью микропроцессорной техники машины с очень высоким уровнем автоматизации.

Микропроцессорная техника  придает системам автоматического управления приготовлением бетонных смесей и растворов новую технологическую, функциональную, эксплуатационную гибкость и универсальность, простоту программирования и перепрограммирования при изменении состава технологического оборудования и самого процесса, сравнительную дешевизну и надежность работы систем управления. Новые средства автоматизации технологических процессов в строительстве имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными, как в части их построения, так и функциональных возможностей: