Шкаф управления дозатором и смесителем для автоматизации производственной линии

Компания ЭЛТЕКО разработала и изготовила шкаф управления дозатором с мешалкой для промышленной линии приготовления двухкомпонентной смеси.

Оборудование управляет последовательной загрузкой компонентов, контролирует массу сырья, обеспечивает работу смесителя, открытие и закрытие выгрузной задвижки, подачу готовой смеси в бункер фасовщика и очистку разгрузочного шнека.

В одном шкафу объединены силовая часть, весовой контроллер, частотное управление шнеками, защитная аппаратура, автоматика, светозвуковая сигнализация и органы ручного управления. На двери размещена наглядная мнемосхема технологического процесса, позволяющая оператору контролировать состояние линии без постоянного обращения к электрическим схемам.

Описание проекта

В состав автоматизируемой линии входят:

два бункера-питателя с датчиками минимального уровня сырья;
два шнека-питателя мощностью по 1,5 кВт;
смеситель мощностью 15 кВт;
электрическая реечная задвижка;
шнек-перегрузчик мощностью 3 кВт;
бункер фасовщика с датчиком нижнего уровня;
тензометрическая система измерения массы;
вибромолоты бункеров;
шкаф управления с весовым контроллером.

Техническое задание предусматривало полный производственный цикл: выбор рецепта, загрузку первого и второго компонентов, смешивание, проверку готовности к выгрузке, открытие задвижки, разгрузку смеси и последующую очистку шнека-перегрузчика.

Задача заказчика

Заказчику требовалось не просто включать несколько электродвигателей, а обеспечить согласованную работу всей технологической линии.

Система должна была:

дозировать два компонента по заданному рецепту;
контролировать изменение массы в смесителе;
предотвращать переполнение и повторный запуск незавершённого цикла;
выдерживать заданное время смешивания;
разрешать выгрузку только при выполнении технологических условий;
контролировать положение выгрузной задвижки;
сообщать оператору о недостатке сырья и аварийных состояниях;
сохранять возможность ручного управления каждым механизмом;
обеспечивать безопасную остановку всей линии.

Особое значение имела логика блокировок. Новый цикл не должен запускаться, пока предыдущая смесь не выгружена, задвижка не закрыта, а весовой контроллер не подтвердил готовность оборудования.

Решение ЭЛТЕКО

Специалисты ЭЛТЕКО проанализировали технологическое задание и разработали рабочую документацию на шкаф управления дозатором с мешалкой.

В рамках проекта были выполнены:

разработка принципиальных электрических схем;
построение алгоритма автоматизированного управления;
подбор силовой, защитной и управляющей аппаратуры;
разработка цепей весового контроллера;
организация частотного управления шнеками-питателями;
разработка цепей управления смесителем, задвижкой и шнеком выгрузки;
проектирование световой и звуковой сигнализации;
компоновка оборудования внутри шкафа;
изготовление и маркировка мнемосхемы;
сборка и подключение оборудования;
параметрирование системы управления;
заводская проверка цепей и режимов работы.

Рабочая документация включает силовые цепи, управление механизмами, аварийную сигнализацию, подключение датчиков, тензодатчиков и выходов весового контроллера.

Состав выполненных работ

Инженерная подготовка

изучение технического задания;
уточнение последовательности технологических операций;
определение условий запуска и остановки механизмов;
разработка электрических блокировок;
подготовка комплекта рабочих чертежей;
формирование спецификации оборудования.

Производство шкафа

подготовка напольного металлического корпуса;
установка монтажных панелей и DIN-реек;
монтаж автоматических выключателей и аппаратов защиты двигателей;
установка контакторов, промежуточных реле и реле времени;
монтаж преобразователя частоты и ЭМС-фильтра;
установка блока питания 24 В;
монтаж весового контроллера;
сборка клеммных рядов;
прокладка и маркировка внутренних проводников;
установка органов управления и сигнализации на двери;
изготовление технологической мнемосхемы.

Проверка и подготовка к эксплуатации

проверка соответствия сборки электрическим схемам;
контроль маркировки проводников и клемм;
проверка цепей аварийной остановки;
проверка ручного и автоматизированного режимов;
контроль срабатывания световой и звуковой сигнализации;
проверка переключения шнеков-питателей;
проверка логики управления задвижкой;
проверка сигналов весового контроллера;
подготовка рабочей и эксплуатационной документации.

Технические особенности проекта

Автоматизированный цикл смешивания

Оператор выбирает рецепт и нажимает кнопку «Замес». Перед началом система проверяет исходное положение оборудования: смеситель и питатели должны быть остановлены, задвижка закрыта, а в смесителе не должно оставаться сырья.

После подтверждения готовности запускается смеситель и начинается последовательная загрузка компонентов. Сначала подаётся первый компонент, затем второй. Масса контролируется тензодатчиками и весовым контроллером.

Когда требуемая масса достигнута, соответствующий шнек останавливается. После окончания дозирования система выдерживает установленное время смешивания.

Контроль подачи сырья

Во время загрузки система отслеживает изменение массы. Если шнек работает, а вес в смесителе не увеличивается в течение установленного времени, формируется аварийный сигнал.

Такой контроль позволяет выявлять:

отсутствие сырья;
зависание материала в бункере;
заклинивание шнека;
нарушение подачи;
неисправность привода или весоизмерительной системы.

При превышении допустимой массы подача компонента прекращается, а оператор получает световой и звуковой сигнал.

Грубое и точное дозирование

Для управления шнеками-питателями применён преобразователь частоты ESQ-770. Система предусматривает режимы грубого и точного набора массы.

На начальном этапе шнек работает с повышенной производительностью. При приближении к заданной массе скорость снижается, что уменьшает перебег материала и повышает точность дозирования.

В ручном режиме оператор выбирает один из двух шнеков. Электрические блокировки исключают их одновременное подключение к частотному преобразователю.

Управление смесителем

Привод смесителя мощностью 15 кВт управляется контактором и защищён автоматическим выключателем и тепловым реле.

Смеситель запускается до начала загрузки и продолжает работать во время дозирования и выдержки установленного времени смешивания. Его отключение происходит после завершения выгрузки и подтверждения отсутствия остатка смеси.

Безопасная выгрузка

Выгрузка запускается отдельной командой оператора только после выполнения двух условий:

установленное время смешивания завершено;
бункер фасовщика готов принять новую порцию смеси.

Сначала запускается шнек-перегрузчик. После выхода привода на рабочий режим система подаёт команду на открытие реечной задвижки.

Положение задвижки контролируется концевыми выключателями «Открыто» и «Закрыто». После завершения выгрузки задвижка закрывается, а шнек продолжает работать заданное время, очищая тракт от остатков материала.

Автоматизированный и ручной режимы

На двери установлен переключатель режимов работы.

В автоматизированном режиме последовательность операций выполняется по заданному алгоритму. В ручном режиме оператор может отдельно управлять:

выбранным шнеком-питателем;
смесителем;
открытием и закрытием задвижки;
шнеком-перегрузчиком;
вибромолотами бункеров.

Даже при работе в ручном режиме сохраняется отображение текущей массы на контроллере дозатора.

Сигнализация и мнемосхема

На лицевой панели шкафа размещена схема движения продукта:

бункеры-питатели → шнеки подачи → смеситель → выгрузной шнек → бункер фасовщика.

Световые индикаторы показывают:

наличие питания;
общую аварию;
необходимость пополнения сырья;
загрузку первого компонента;
загрузку второго компонента;
процесс смешивания;
необходимость выгрузки;
открытое и закрытое положение задвижки;
работу выгрузного шнека;
отсутствие смеси в бункере фасовщика.

Такое решение делает состояние линии понятным с одного взгляда. Оператору не приходится угадывать, какой этап выполняется и почему оборудование не переходит к следующей операции.

Аварийная защита

На шкафу предусмотрена кнопка аварийной остановки. При её нажатии отключаются все приводы технологической линии.

Дополнительно контролируются:

авария преобразователя частоты;
срабатывание защиты смесителя;
отключение автоматов защиты двигателей;
отсутствие изменения массы;
превышение допустимой дозы;
состояние выгрузной задвижки.

Для привлечения внимания оператора используются красная световая индикация и звуковой оповещатель с возможностью квитирования.

Применённое оборудование

В шкафу использованы комплектующие промышленного исполнения:

весовой контроллер дозатора «ВЕСТЕР»;
преобразователь частоты ESQ-770;
автоматические выключатели, контакторы и аппараты защиты двигателя CHINT;
органы управления ANDELI;
оболочка, модульная аппаратура и сигнальные лампы IEK;
блок питания MEAN WELL;
промежуточные реле и реле времени;
клеммы DEGSON;
ЭМС-фильтр для снижения электромагнитных помех;
тензометрическая соединительная коробка для подключения датчиков веса.

Шкаф выполнен в напольном цельносварном корпусе с доработкой степени защиты до IP54 и системой фильтруемой вентиляции. Спецификация рабочей документации предусматривает вводной автомат на 63 А, отдельную защиту приводов и разделение цепей питания и управления.

Компоновка и удобство обслуживания

Силовые аппараты, релейная автоматика, клеммные ряды и цепи управления размещены отдельными функциональными группами.

Внутри шкафа предусмотрены:

кабельные каналы;
маркированные проводники;
подписанные аппараты;
отдельные клеммы для внешних подключений;
PE- и N-шины;
вводы для полевых кабелей;
сервисная розетка;
свободные зоны для подключения и обслуживания.

Органы управления, индикаторы и мнемосхема расположены на двери. Соединения двери со шкафом выполнены организованными жгутами с защитой проводников в зоне подвижного перехода.

Контроль качества

Для шкафов управления технологическим оборудованием недостаточно проверить только наличие напряжения на вводе. Важно убедиться, что каждый механизм включается в правильной последовательности и не может запуститься при запрещающих условиях.

При подготовке шкафа были проверены:

соответствие установленного оборудования рабочим схемам;
правильность силовых и управляющих подключений;
маркировка аппаратов, проводников и клемм;
работа кнопок и переключателей;
ручной режим управления;
аварийная остановка;
световая и звуковая сигнализация;
логика запуска замеса;
переключение между шнеками-питателями;
команды открытия и закрытия задвижки;
сигналы весового контроллера;
работа частотного преобразователя.

Результат для заказчика

Заказчик получил готовый шкаф управления, объединяющий электропитание, защиту и автоматизацию линии приготовления смеси.

Практический результат проекта:

последовательность операций выполняется по заданному алгоритму;
дозирование компонентов контролируется по массе;
снижается риск ошибочных действий оператора;
исключается запуск нового замеса до завершения предыдущего;
контролируется наличие сырья в бункерах;
обеспечивается безопасная выгрузка смеси;
сохраняется ручное управление механизмами;
аварийные состояния отображаются непосредственно на шкафу;
обслуживание упрощается благодаря маркировке и структурированной компоновке;
система готова к подключению полевого оборудования и дальнейшей наладке на объекте.

Почему это важно для подобных производственных линий

В линии смешивания результат зависит не только от мощности двигателя или точности весов. Основная сложность находится в последовательности команд и взаимных блокировках.

Шнек не должен продолжать подачу после достижения заданной массы. Задвижка не должна открываться раньше запуска разгрузочного транспортёра. Новый замес не должен начинаться, пока предыдущая смесь остаётся внутри оборудования.

Если эти условия не заложены на стадии проектирования, проблемы проявляются уже в эксплуатации: перегрузка смесителя, просыпание продукта, остановка линии, нестабильная рецептура и постоянное вмешательство персонала.

Поэтому шкаф управления должен проектироваться как часть технологического процесса, а не как набор автоматов, контакторов и кнопок.

Компетенции ЭЛТЕКО

ЭЛТЕКО выполняет комплексные работы по автоматизации и электроснабжению промышленных объектов:

разработку электрических схем и рабочей документации;
производство НКУ 0,4 кВ;
сборку шкафов управления и автоматики;
автоматизацию дозирования, смешивания и транспортировки сырья;
подбор и параметрирование преобразователей частоты;
разработку релейной и программной логики;
интеграцию весовых контроллеров, датчиков и исполнительных механизмов;
заводское функциональное тестирование;
электромонтажные и пусконаладочные работы;
техническое сопровождение оборудования.

Если требуется автоматизировать дозирование, смешивание, транспортировку или фасовку сырья, направьте специалистам ЭЛТЕКО техническое задание, технологическую схему или перечень оборудования.

Мы проанализируем последовательность работы механизмов, разработаем электрические схемы, подберём комплектующие и изготовим шкаф управления под реальные условия производственного объекта.