Система управления автоматизированной линией переработки пластика

ВВЕДЕНИЕ 3
1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИ 5
1.1 Вторичная переработка полимерных материалов 5
1.2 Характеристика технологического процесса и объекта автоматизации 16
1.3 Описание технологической линии по переработке пластика 19
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 26
2.1 Построение структурной схемы системы 26
2.2 Разработка схемы автоматизации технологического процесса 26
2.3 Составление технических схем 30
3. ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 63
3.1 Разработка алгоритма управления линией переработки пластика 63
3.2 Проектирование программного обеспечения операторской панели 64
3.3 Формирование операторского интерфейса в SCADA-системе 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 72
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 75
ПРИЛОЖЕНИЕ А 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 81
ПРИЛОЖЕНИЕ В 82
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 83
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 84
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 85

Весь текст будет доступен после покупки

В условиях стремительного роста объемов потребления полимерных материалов и накопления пластиковых отходов проблема их утилизации и вторичной переработки приобретает особую актуальность. Согласно данным международных экологических организаций, ежегодно в мире производится свыше 400 миллионов тонн пластика, значительная часть которого не подвергается переработке, что негативно сказывается на состоянии окружающей среды. В этих условиях развитие технологий, направленных на эффективную и экологически безопасную переработку пластика, становится не только экономически целесообразным, но и социально необходимым направлением. Одним из ключевых факторов, обеспечивающих рентабельность и устойчивость таких технологий, является автоматизация производственных процессов, позволяющая повысить точность управления, снизить энергозатраты и минимизировать человеческий фактор.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка системы управления автоматизированной линией переработки пластика, обеспечивающей надежное, энергоэффективное и гибкое функционирование технологического оборудования на всех этапах переработки полимерных отходов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
– провести анализ существующих технологий вторичной переработки полимерных материалов и выявить особенности объекта автоматизации;
– предложить структурную и функциональную модель автоматизированной линии переработки пластика;
– разработать технические и алгоритмические решения для управления технологическим процессом;
– спроектировать программное обеспечение операторской панели и визуализационный интерфейс в SCADA-системе.
Объектом исследования выступает технологическая линия переработки пластика, включающая этапы сортировки, дробления, мойки, сушки и гранулирования полимерных отходов. Субъектом исследования является система управления данной линией, реализуемая на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК) и интегрированная с операторским интерфейсом.
В процессе выполнения работы применялись такие методы, как системный анализ, функциональное и структурное моделирование, алгоритмизация технологических процессов, а также программирование в средах разработки промышленной автоматики.
Практическая значимость результатов исследования заключается в возможности их применения при модернизации или создании новых автоматизированных линий переработки пластика. Разработанная система управления способна повысить производительность, обеспечить стабильность технологического процесса и сократить эксплуатационные издержки, что делает её востребованной как на малых предприятиях, так и в рамках крупных экологических инфраструктур.

Весь текст будет доступен после покупки

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИ
1.1 Вторичная переработка полимерных материалов
Переработка полимерных отходов в новые материалы и изделия представляет собой наиболее экономически выгодный способ их утилизации. Тем не менее, эта задача сопряжена со значительными трудностями. Полимеры с сетчатой (сшитой) структурой – например, автомобильные шины – не поддаются повторному плавлению и формированию, в отличие от термопластов. Однако и термопласты при повторной переработке, а также в процессе эксплуатации, подвержены старению, что приводит к ухудшению их физико-механических характеристик.
Дополнительную сложность создаёт то, что полимерные отходы зачастую представляют собой смеси различных полимеров, термодинамически несовместимых между собой. Более того, многие полимерные изделия являются композитными: к примеру, пленочная упаковка обычно состоит из нескольких слоёв, включая бумагу или металлизированные компоненты. Все эти факторы значительно осложняют процесс вторичной переработки полимеров.
В результате вторичная переработка полимерных отходов оказывается одним из наиболее ресурсоёмких методов их утилизации. Экономическая эффективность использования отходов (Э) рассчитывается как отношение прибыли, полученной от их применения, к объёму капитальных вложений (К):
Э=(Ц – С)?К,
где Ц – стоимость годового выпуска продукции, изготовленной на основе отходов; С – себестоимость этого выпуска. Процесс переработки требует специализированного оборудования, а качество изделий из вторичных полимеров, как правило, уступает качеству продукции, полученной из первичного полимерного сырья.
Несмотря на это, рециркуляция полимерных отходов обладает экономическим потенциалом: она примерно вдвое менее энергоёмка по сравнению с производством первичных полимеров и позволяет сберечь постоянно дорожающее нефтяное сырьё. Однако реализация этой выгоды возможна лишь после решения ряда организационных вопросов – в первую очередь, налаживания системы сбора отходов – и покрытия значительных капитальных затрат на строительство перерабатывающих мощностей.
Растущая экологическая ответственность государства побуждает по-новому взглянуть на «жизненный путь» полимерного материала. В современном подходе с экономико-экологической точки зрения выделяются следующие этапы: синтез > первичная переработка > модификация > применение > сбор и сортировка отходов > вторичная переработка > повторное использование > окончательная утилизация.
Производители сегодня закладывают возможность повторного использования материала уже на стадии проектирования изделия. Пионерами в реализации этой концепции стали автопроизводители: в частности, они упростили конструкцию бамперов, отказавшись от сложных комбинаций (сталь, алюминий, резина и т.п.) в пользу унифицированных композиций на основе полипропилена (ПП) и эластомеров.

Весь текст будет доступен после покупки

1. ГОСТ 2.701–2021. Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. – Введ. 2022-01-01. – М.: Стандартинформ, 2021. – 12 с.
2. ГОСТ 24.302–2022. Система автоматизированного проектирования. Термины и определения. – М.: Стандартинформ, 2022. – 16 с.
3. ГОСТ 21.208–2021. Система проектной документации для строительства. Условные обозначения элементов санитарно-технических систем. – М.: Стандартинформ, 2021. – 24 с.
4. ГОСТ Р 59003–2021. Отходы потребления и производства. Общие требования к обращению с пластиковыми отходами. – М.: Стандартинформ, 2021. – 18 с.
5. ГОСТ Р 59559–2022. Вторичные полимерные материалы. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2022. – 14 с.
6. Белов А.В., Петров Д.С. Современные методы автоматизации линий переработки полимерных отходов // Автоматизация и современные технологии. – 2023. – № 5. – С. 45–52.
7. Васильев И.А., Кузнецов Е.Н. Применение ПЛК в системах управления экологическим оборудованием // Промышленные АСУ и контроллеры. – 2022. – № 8. – С. 22–28.
8. Зайцев О.Л. Энергоэффективные технологии в переработке пластика: обзор и перспективы // Энергосбережение. – 2024. – № 2. – С. 33–40.
9. Коваленко М.Р. SCADA-системы в управлении производственными линиями: опыт внедрения на предприятиях АПК // Вестник машиностроения. – 2023. – № 11. – С. 67–73.
10. Лебедев А.С., Смирнов В.П. Интеллектуальные системы мониторинга вибрации промышленного оборудования // Датчики и системы. – 2022. – № 6. – С. 19–25.
11. Михайлов Д.А. Применение частотно-регулируемых приводов в линиях вторичной переработки полимеров // Электроприводы и автоматизация. – 2023. – № 4. – С. 51–57.
12. Николаев А.Е. Экологические аспекты переработки ПЭТ-отходов в России и за рубежом // Экология и промышленность России. – 2024. – № 1. – С. 28–34.
13. Овчинников С.В. Проектирование операторских интерфейсов для систем автоматизации переработки отходов // Программные продукты и системы. – 2023. – Т. 36, № 3. – С. 88–95.
14. Павлов И.К. Технологии флотационной очистки полимерных отходов: современное состояние и тенденции развития // Химическое и нефтегазовое машиностроение. – 2022. – № 9. – С. 41–46.

Весь текст будет доступен после покупки