Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий

 

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий. Может быть использовано в промышленности строительных материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий снабжено двумя блоками измерения заряда цемента, двумя активаторами и компаратором, при этом выходы первого и второго блоков измерения заряда цемента соединены со входами компаратора, выход которого соединен со входом второго активатора. Устройство позволяет увеличить химический потенциал цемента, сократить время тепловой обработки и получать изделия с гарантированной марочной прочностью при экономии цемента. 1ил.

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов производства бетонных и железобетонных изделий, и может быть использовано в промышленности строительных материалов.

Известно устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий [1] содержащее агрегаты тепловой обработки, каждый из которых включает изделия с соответствующим датчиком прочности и датчик температуры в систему управления, которая включает коммутаторы по числу агрегатов, центральный коммутатор, блок определения минимального значения прочности, формирователь, блок определения свойств цемента, автокоррелятор-экстраполятор, оптимизатор, блок коррекции расхода цемента, блок определения длительности тепловой обработки, блок коррекции режимов обработки, регуляторы по числу агрегатов, блок определения сроков схватывания бетонной смеси, блок определения предварительной выдержки, блок определения отклонений, блок определения суточной прочности, блок определения влажности инертных заполнителей, блок химических добавок и исполнительные механизмы подачи пара для каждого агрегата.

В известном устройстве осуществляется управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий на стадиях формирования и тепловой обработки. При этом режим тепловой обработки изменяется в зависимости от фактического набора прочности изделий, применяемых химических добавок и влажности инертных заполнителей.

Недостатком этого устройства является то, что оно не позволяет полностью и эффективно использовать химическую энергию вяжущих веществ, например, цемента.

Задачей изобретения является повышение качества управления.

Задача решается тем, что устройство управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий дополнительно снабжено двумя блоками измерения заряда цемента, двумя активаторами и компаратором, при этом выходы первого и второго блоков измерения заряда цемента соединены со входом второго компаратора, выход которого соединен со входом оптимизатора, вход второго блока измерения заряда цемента соединен с выходом первого активатора, а вход второго активатора соединен со вторым выходом оптимизатора.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого 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 4 коррекции режимов тепловой обработки, регуляторы 15 по числу агрегатов, 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 22 подачи пара для каждого агрегата.

Коммутаторы 5 и 6 включают релейную матрицу 23, мультивибратор 24, счетчик 25, дешифратор 26 и блок ключей 27, блок 7 определения минимального значения прочности включает ультразвуковой прибор 28, аналого-цифровой преобразователь 29 и арифметическое устройство 30, формирователь 8 включает цифро-аналоговый преобразователь 31 и компаратор 32, блок 9 определения свойств цемента выполнен в виде ультразвукового прибора типа УК-16П. Автокоррелятор-экстраполятор 10 включает вычитатель 33, квадратор 34, сумматор 35, вычитатель 36, схему 37 извлечения квадратного корня, двух делителей 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 цифро-аналоговых преобразователя 43, схему ИЛИ 44, счетчик 47, запоминающее устройство 48 и цифро-аналоговый преобразователь 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. Блок 54(55) измерения заряда выполнен в виде конденсатора: активатор 56(61) включает диод 57, конденсатор 58 и высоковольтный трансформатор 59; компаратор 60 выполнен на микросхеме K 521 CA2.

Устройство 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: где γ скважность импульсов релейной матрицы; T_рег интервал регулирования режимного параметра (температуры пропаривания); t_зам время замыкания регулятора на исполнительный механизм.

Интервал регулирования без учета зоны неоднозначности регулятора выбирается из следующих пределов: где τ_o запаздывание в передаче управляющих воздействия; T_о постоянная времени объекта; μ_в возмущающее (управляющее) воздействие.

Время замкнутого состояния выходов каждого реле матрицы 23 определяется из условия:
где ϕ_доп∞ допустимые отклонения режимного параметра в установившемся режиме;
К_о коэффициент передачи объекта регулирования;
К_им показатель хода регулирующего органа 14%
В блоке определения минимального значения прочности 7 согласно алгоритму 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 R_i 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 R_min. При этом в начале работы индекс (номер) камеры j устанавливается в единичное значение (первая камера подключена через коммутатор 6 к блок 7) индекс контролируемого изделия устанавливается в единичное состояние (первое изделие первой камеры пропаривания подключен через коммутатор 5 и центральный коммутатор 6 к блоку 7), индекс текущего значения прочности R_i принимает значение прочности первого изделия R_i; R_min принимает значение R_i. Весь алгоритм определения минимального значения прочности включает два цикла: I - определение минимального значения прочности в каждой из n камер; II опрос всех m камер тепловой обработки. После установления минимального значения прочности изделия цифровой сигнал с арифметического устройства 30 блока 7 поступает на вход цифро-аналогового преобразователя 31 формирователя 8.

После преобразования цифрового сигнала в аналоговый компаратор 32 сравнивают установленное значение R_min с заданным в виде уровня напряжения на контрольном входе компаратора 32 сигналом, соответствующим отпускной прочности изделий.

С первого выхода формирователя 8 сигнал 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 размером 40х40х260 мм для определения активности применяемого цемента. Растворы для балочек готовят при водоцементном отношении, равном 0,4, причем их консистенция по распылу конуса после 30 встряхиваний на столике должна характеризоваться диаметром в пределах 106- 115 мм. Балочки из раствора хранят в формах над водой в течение 24±2 часа, помещая в ванну с гидравлическим затвором. Далее их расформовывают и хранят в воде (20^oC±2^oС) в течение 27 суток. Через 28 суток с момента изготовления балочки помещают в электроды ультразвукового прибора блока 9. Показатель предела прочности в данном случае является активностью цемента.

С блока 9 электрический сигнал, пропорциональный значению активности цемента, использованного для изготовления данной партии изделий, по команде с блока 8 подается на вход автокоррелятора-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:

где V коэффициент вариации, A_i активность цемента отдельной (i-ой партии), кгс/см²; A_ср средняя активность цемента данной марки за квартал, кгс/см²; n 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 воздействие 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 отделение результатов вычислений 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 алгоритм 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, накладываемых на удельный расход цемента и длительность тепловой обработки, организационно-технических ограничений, включающих в себя сменность работы, номенклатуру изделий, обеспеченность материальными и энергетическими ресурсами и состояние связанных технологических постов, оптимизатор 11 согласно алгоритму работы принимает решение о необходимости изменения удельного расхода цемента в бетонной смеси последующих замесов, а также о длительности изотермического прогрева для следующего изделия или партий изделий.

Затраты на содержание оборудования определяются по формуле:
C_об= (3,2ΣA_об+1,6ΣA_ф)/P, (5)
где С_об сумма расходов по содержанию и эксплуатации по всем видам оборудования данной линии; А_об сумма амортизационных отчислений, определяемых по всем агрегатам и машинам линии по нормам; А_ф то же, по формам, формам-вагонеткам, оснастке; P газовая производительность линии.

Фактический удельный расчет энергоресурсов на заводе, с учетом затрат энергии по вспомогательным цехам (приготовление бетонной смеси, хранение материалов на складах, производство бетонной смеси, хранение материалов на складах, производство арматуры, внутрицеховой и внутризаводской транспорт) и в обслуживающих подразделениях (ремонтные службы), отопления, горячей воды, освещения, вентиляции и др. вычисляют по эмпирической формуле:

где Э_т затраты и энергия 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; K₁ коэффициент учитывающий используемую удобоукладываемость бетонной смеси и способ ее уплотнения, применяемый по заводским данным; K₂ коэффициент, учитывающий вид технологической линии, на которой производятся изделия, принимаемый равным для конвейерных линий 1, поточно-агрегатных 1,04, кассетных 1,1 и стендовых 1,13; K₃ коэффициент, учитывающий тип применяемого теплового агрегата; K₄ 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.

Со второго выхода формирователя 8 результирующий сигнал поступает на вход блока 13 определения длительности тепловой обработки, где согласно алгоритму определения длительности тепловой обработки определяется время изотермического прогрева изделий по формуле:

где R(t) отпускное значение прочности изделия в момент времени t, C₁ коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент его загрузки в камеру; C₂ коэффициент, численно равный величине прочности изделия в момент подачи тепла в камеру; T₁, T₂ - постоянные времени определяющие скорость изменения прочности во времени при естественном твердении при подаче тепла в камеру соответственно, сек; t - время тепловой обработки.

Блок 13 работает следующим образом.

Перед циклом тепловой обработки в регистр ввода 40 записывается продолжительность режима тепловой обработки, установленная на данном заводе. По сигналу с блока 8 счетчик команд 9 выдает команду на регистр ввода 40 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 вывода 43 блока 13. Выход блока 13 связан со 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 согласно алгоритму. 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 цифро-аналоговые преобразователи 49, с выхода которых в виде аналоговых сигналов поступают на второй вход регуляторов 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 блока 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 ТВО.

Блоком 19 определяется фактическая прочность изделий в возрасте 28 суток. 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. τ_схв.). Блок 20 определения влажности инертных заполнителей определяет влажность инертных заполнителей (песка и щебня) и пропорционально ее величине подает сигнал на блок 18 определения отклонений о корректировке времени предварительной выдержки бетонных изделий.

Непосредственно перед циклом тепловой обработки на блоке 21 химических добавок устанавливается уровень напряжения соответствующий виду применяемой химической добавки (замедлитель или ускоритель). Если применяется замедлитель твердения бетона, то уровень выходного сигнала блока 21 равен 5 В, если применяется ускоритель твердения бетона, то уровень выходного сигнала блока 21 +5 В. 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 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.

С блока 54 измерения заряда сигнал пропорциональный активности применяемого цемента поступает на компаратор 60, где сравнивается с сигналом с блока 57 измерения заряда. Блок 57 измерения заряда осуществляет контроль процесса активации цемента блоком 56, который, в свою очередь, путем воздействия на цемент высокочастотным высоковольтным электрическим током повышает активность применяемого цемента. Сигнал высокочастотного высоковольтного электрического тока формируется в блоке 56 с помощью диода 57, конденсатора 58 и высоковольтного трансформатора 59.

Компаратор 60 находится в единичном состоянии при равенстве сигналов на входе, то есть, если активация не приводит к существенному повышению активности цемента, то компаратор 60 остается в единичном состоянии и активатор 61 не включается. При неравенстве сигналов на входе компаратор 60 переходит в нулевое состояние, что является командой активатору 61 на активацию применяемого цемента.

Применение. Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий обеспечивает повышение эффективности использования цемента, заданный уровень качества изделий по прочности, экономию цемента и теплоносителя при ТВО.

Формула изобретения

Устройство для управления процессом изготовления бетонных и железобетонных изделий, содержащее датчики прочности по числу изделий и датчик температуры, установленные в соответствующих агрегатах тепловой обработки, коммутаторы по числу агрегатов, центральный коммутатор, блок определения свойств цемента, автокоррелятор-экстраполятор, оптимизатор, блок коррекции расхода цемента, блок определения длительности тепловой обработки, блок коррекции режимов тепловой обработки, регуляторы по числу агрегатов, блок определения предварительной выдержки, блок определения сроков схватывания бетонной смеси, блок определения отклонений, блок определения суточной прочности, исполнительные механизмы подачи пара для каждого агрегата, блок определения минимального значения прочности, формирователь, блок определения влажности инертных заполнителей и блок химических добавок, причем датчики прочности каждого агрегата подключены соответственно к входам соответствующих коммутаторов, выходы которых соединены с соответствующими входами центрального коммутатора, выход центрального коммутатора через блок определения минимального значения прочности подключен к входу формирователя, выход формирователя подключен к входу блока определения свойств цемента, блок определения свойств цемента через автокоррелятор-экстраполятор подключен к первому входу оптимизатора, второй вход которого подключен к первому выходу блока определения отклонений, выход оптимизатора подключен к входу блока коррекции расхода цемента, блок определения суточной прочности соединен с первым входом блока определения отклонений, датчик температуры каждого агрегата подключен к первым входам соответствующих регуляторов, выходы которых соединены с соответствующими исполнительными механизмами подачи пара, вторые входы регуляторов соединены с соответствующими выходами блока коррекции режимов тепловой обработки, первый вход которого соединен с выходом блока определения длительности тепловой обработки, второй вход блока коррекции режимов тепловой обработки соединен с выходом блока определения предварительной выдержки, первый вход которого подключен к блоку определения сроков схватывания бетонной смеси, второй вход блока определения предварительной выдержки соединен с вторым выходом блока определения отклонений, третий выход которого соединен с первым входом блока определения длительности тепловой обработки, датчик химических добавок подключен к третьему входу блока коррекции режимов тепловой обработки, блок определения влажности инертных заполнителей подключен к второму входу блока определения отклонений, четвертый выход которого соединен с четвертым входом блока коррекции режимов тепловой обработки, второй вход блока определения длительности тепловой обработки соединен с первым выходом формирователя, второй выход которого соединен с входом блока определения свойств цемента, отличающееся тем, что оно снабжено двумя блоками измерения заряда цемента, двумя активаторами и компаратором, при этом выходы первого и второго блоков измерения заряда цемента соединены с входами компаратора, выход которого соединен с входом второго активатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1