Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий Советский патент 1992 года по МПК B28B11/00 B28C7/00 

числу агрегатов, центральный коммутатор 6, блок 7 определения минимального значения прочности, формирователь 8, блок 9 определения свойств цемента, автокоррелятор-экс- траполятор 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 предварительной 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 преобразователем 55, дифференциатор 56, компаратор 57, блок 58 управления подачей воды затворе- ния с исполнительным механизмом 59 регулирующего органа 60. 1 ил.

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

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий, может быть использовано в промышленности строительных материалов и является усовершенствованием устройства по авт. св. N° 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-экстра пол ятор 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 2.7 ключей, блок 7 определения минимального значения прочности включает ультразвуковой прибор 28, аналого-цифровой преобразователь 29 и арифметическое устройство 30; формирователь 8 включает циф- роаналоговый преобразователь 31 и компаратор 32; автокоррелятор-экстрапо- лятор 10 включает вычитатель 33, квадратор 34, сумматор 35, вычитатель 36, схему 37

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

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

Третг

макс-77 -,UJ

7 1зам

где у - скважность импульсов релейной матрицы; Трег- интервал регулирования режимного параметра (температуры пропари- вания); Тзам - время замыкания регулятора на исполнительный механизм.

Интервал регулирования Трег без учета зоны, неоднозначности регулятора выбирается из следующих пределов:

го«-трвг -То1п(1 -fa)-ro#)

где Т0 - запаздывание в передаче управляющих воздействий;

То - постоянная времени объекта;

IB - возмущающее (управляющее) воздействие.

Время замкнутого состояния выходов каждого реле матрицы 23 определяется, из условия:

tsaM

(3)

Ко Ким

где p&onfj- допустимые отклонения режимного параметра в установившемся режиме; Ко - коэффициент передачи объекта регулирования; Ким - показатель хода регулирующего органа, 14%.

В блоке 7 определения минимального значения прочности устанавливается прочность изделия, находящегося в наихудших условиях тепловой обработки. Это происходит следующим образом. Сигнал с коммутатора 6 поступает на вход ультразвукового прибора 28, который фиксирует текущее значение прочности RJ контролируемого изделия I, 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 Рмин 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

(первое изделие первой камеры пропарива- ния подключено через коммутатор 5 и центральный коммутатор 6 к блоку 7), индекс текущего значения прочности RI принимает

5 значение прочности первого изделия RMHH принимает значение RI. Весь алгоритм определения минимального значения прочности включает два цикла: I - определение минимального значения прочности в каж10 дои из m камер: I - 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 RMHH 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 20°С± 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.

С блока 9 электрический сигнал, пропорциональный значению активности це50 мента, использованного для изготовления данной партии изделий, по команде с блока 8 подается на вход автокорреклятора-экс- траполятора 10, где путем прогнозирования осуществляется определение активности

55 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:

V

j2(A-Acp)2/(n-1) .

ЛР

100, (4)

где V - коэффициент вариации, %; AJ - активность цемента отдельной (i-й) партии, кгс/см2; АСр - средняя активность цемента данной марки за квартал, кгс/см ; п - число 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 ми- нимума 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, накладываемых на удельный расход цемента и длительность тепловой обработки, организационно-технических ограничений, включающих себя сменность работы, номенклатуру изделий, обеспеченность 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 (3,22 Аоб + 1,6 2 АФ)/Р,(5)

где С об - сумма расходов на содержание и эксплуатации по всем видам оборудования данной линии, А0б - сумма амортизационных отчислений, определяемых по всем агрегатам и машинам линии по нормам, Аф - то же, по формам, формам-вагонеткам, оснастке; Р - годовая производительность линии.

Фактический удельный расчет энергоресурсов на заводе, с учетом затрат энергии во вспомогательных цехах (приготовление

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

по ос |/

Эз 1,566 Б1 (25 + ЭтКзК4) №)

где Эт - затраты энергии на тепловлажност- ную обработку изделий с учетом потерь тепла в конструкциях камер, паровой системы и из-за несовершенства организации производства; п - число технологических линий на предприятии, Ki - коэффициент, учитывающий используемую удобоукладываемость бетонной смеси и способ ее уплотнения, принимаемый по заводским данным, Ка - коэффициент, учитывающий вид технологической линии, на которой производятся изделия, принимаемый равным для конвейерных линий, поточно-агрегатных 1,04, кассетных 1,1 и стендовых 1,13, Кз коэффициент, учитывающий тип применяемого теплового агрегата; «4 - 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 бесконтактные 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 в 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

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

- L- J

R(t) Cie T1 +C2e T1 ,(7)

где R(t) - отпускное значение прочности изделия в момент времени t, %, Ci - коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент его загрузки в камеру; С2 коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент подачи тепла в камеру; Ti, Та - постоянные времени, определяющие скорость изменения прочности во времени при естественном твердении и при подаче тепла в камеру соответственно, с;, t - время тепловой обработки.

Блок 13 работает следующим образом.

Перед циклом тепловой обработки в регистр 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 арифметическое устройство 41 о корректировке режима тепловой обработки. Арифметическое устройство 41 производит увеличение или уменьшение установленного режима тепловой обработки изделий. 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 запоминание 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 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 поступают в арифметическое устройство 45 и на счетчик команд 47 блока 14. С регистра вывода 43 блока 13 установленный цикл ТВО поступает на запоминающее устройство 48 блока 14 и по команде со счетчика команд 47 вводится для корректировки в арифметическое устройство 45. Откорректированная длительность изотермической выдержки изделий из арифметического устройства 45 записывается в оперативные запоминающие 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

17выдают управляющий сигнал на блок 14 коррекции режимов ТВО.

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 зна- чэнию 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 ... тсхв ). Блок 20 определения влажности инертных заполнителей определяет влажность инертных

заполнителей (песка и щебня) и пропорционально ее величине подает сигнал на блок

18определения отклонения о корректировке времени предварительной выдержки бетонных изделий.

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 -5В, если применяется ускоритель твердения бетона, то уровень выходного сигнала блока 21 +5В. Если при изготовлении изделий химические добавки не используются, то уровень выходного сигнала равен 0. При этом, по сути дела, команда с блока 21.о корректировке режима ТВО отсутствует. В частности, этим объяс- няется то обстоятельство, что блоком 21 является блок напряжения,

Усилитель 39 блока 10 является усилителем с коэффициентом усиления 100, он выполняет умножение результата с делите- ля 38 на 100, т.е. вычисление коэффициента вариации активности цемента.

При этом на этапе перемешивания бетонной смеси после введения первой части воды затворения (30% от расчетного коли- чества) в бетоносмеситель закладывается датчик 54 электропроводности, сигнал с которого поступает на преобразователь 55, с которого сигнал в виде напряжения электрического тока U поступает на дифференци- атор 56, где производится преобразование

аи о.

сигнала в . Сигнал, соответствующий о l

изменению скорости роста электрического

Эи ,......

напряжения

at

поступает на компаратор

57, где путем сравнения с нулевым потенциалом и0определяется момент введения второй части воды затворения (70%) от расчетного количества. С компаратора 57 электрический сигнал поступает на блок 58 управления подачей воды затворения и на 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 клапан 60 осуществляют реализацию режима двухстадийного приготовления бетонной смеси. Затем бетонная смесь перемешивается вторично.

Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий обеспечивает оптимизацию технологического процесса, заданный уровень качества изделий по прочности, экономию теплоносителя.

Формула изобретения Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий по авт. св. 1416320, отличаю- 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 воды затворения с исполнительным механизмом соответствующего регулирующего органа, причем датчик электропроводности через последовательно соединенные преобразователь и дифференциатор подключен к входу компаратора, выход которого подключен к входу блока управления подачей воды затворения и к входу блока химических добавок.