Автоматизация процессов переработки автопокрышек

Задача автоматизации

Автоматизация процессов переработки резиновой крошки.

Особенности технологии переработки

Динамичный рост парка автомобилей по всему миру приводит к накоплению изношенных шин. Проблема переработки вышедших из эксплуатации изделий имеет огромное экологическое и экономическое значение. Несмотря на значительные усилия в этой области из общего числа всех покрышек в мире перерабатывается не более 20 %. Российское предприятие НПП ТЕРМОЛИЗ занимается решением этой проблемы давно, и достигло значительных успехов в области технологий переработки полимерных отходов. Автоматика технологических процессов по переработке шин построена на приборах ОВЕН.

Технология НПП ТЕРМОЛИЗ (www.termoliz.ru) позволяет осуществлять переработку резиновой крошки, получаемой при утилизации старых автопокрышек, путем термолиза ее в среде газообразного углеводородного теплоносителя при давлении близком к атмосферному, с последующим получением товарного технического углерода и жидкого углеводородного остатка «синтетическая нефть». Получаемый технический углерод может повторно использоваться при производстве новых резинотехнических изделий и в первую очередь – автопокрышек.

Реализация проекта и выбор средств автоматизации

Резиновая крошка засыпается в сырьевой бункер, уровень наполнения контролируется десятью емкостными датчиками, далее экструдер подает ее в реактор термолиза, где происходит реакция разложения в среде газообразного углеводородного вещества. Производительность экструдера регулируется преобразователем частоты, частоту вращения шнека контролирует индуктивный датчик. Для точной регулировки температуры реактор поделен на 9 зон, нагревом которых управляет блок ОВЕН БУСТ.

Для прохождения реакции термолиза необходима циркуляция газообразного теплоносителя в реакторе, которую обеспечивают два плунжерных насоса, производительность которых регулируется двумя частотными преобразователями. Определение расхода теплоносителя осуществляется при помощи специального замерного устройства, состоящего из тарированной емкости, электромагнитных клапанов и поплавкового механизма.

Для преобразования жидкого углеводородного теплоносителя в газообразное служат три испарителя, каждый из них поделен на пять зон нагрева. В фильтре продукты реакции разделяются на технический углерод и газообразную фазу, которая направляется через промежуточный радиатор в ректификационную колонну, где и происходит разделение на углеводородный теплоноситель и синтетическую нефть.

Для успешной работы фильтра необходима систематическая импульсная продувка фильтрующего элемента, для ее выполнения используются специальные быстродействующие электромагнитные клапаны. Частота, длительность и очередность срабатывания задается напрямую контроллером в соответствии с заданным программным профилем. Для улучшения свойств и качества получаемого углерода служит «реактор облагораживания», сажа через шлюзовой питатель поступает в бункер. Степень наполнения и расход сырья контролируются десятью емкостными датчиками.

В «реакторе облагораживания» и ректификационной колонне используется водяное охлаждение. Для снижения затрат применяется замкнутая система охлаждения. Она состоит из буферной емкости с установленным датчиком уровня, радиатором охлаждения, оборудованного двумя электрическими вентиляторами, и трех водяных насосов, производительность которых регулируется посредством частотных преобразователей под управлением ОВЕН ПЛК.

Даже такое короткое описание технологии переработки дает представление, насколько сложна система автоматики. При этом хотелось бы отметить, что за исключением отдельных элементов, АСУ целиком построена на аппаратных средствах ОВЕН:

• программируемые контроллеры ПЛК100К.М (3 шт.);
• GSM/GPRS-модем ПМ01;
• модуль ввода/вывода МВА8 (9 шт.);
• модуль аналогового вывода МУ110-6У (2 шт.);
• блок коммутации БУСТ (12 шт.);
• блок питания БП60Б-Д4;
• блок сетевого фильтра БСФ-Д3-1,2;
• устройство защиты УЗОТЭ-2У;
• модуль дискретного ввода МВ110-16ДН;
• датчики давления (8 шт.);
• температурные датчики (59 шт.);
• поплавковые (7 шт.), емкостные (20 шт.), индуктивный датчик;
• твердотельное реле KIPPRIBOR (33 шт.).

ОВЕН ПЛК – основа управляющей системы

Система управления построена на базе трех программируемых контролеров ОВЕН ПЛК100 (рис. 1). Контроллеры обеспечивают функции сбора данных, обработки информации, управления и синхронизации действий всех компонентов системы. Первый ПЛК100 контролирует работу участка (№1), где происходит термолиз резиновой крошки. Контроллер управляет 6-ю электромагнитными клапанами для продувки фильтра и 5-ю нагревательными элементами первого испарителя посредством твердотельного реле (10 шт.). К дискретным входам ПЛК100 подключены 10 емкостных и один индуктивный датчики. Емкостные датчики используются в бункере для контроля уровня наполнения сырьем, индуктивный – для определения частоты вращения вала. Частотный преобразователь  регулирует подачу сырья экструдером. Три модуля ввода/вывода МВА8 опрашивают температурные датчики и датчики давления. Для управления электрическими нагревателями реакторов используются два модуля ОВЕН МУ110-6У, которые формируют аналоговые сигналы и передают управляющий сигнал на ОВЕН БУСТ (12 шт.).

Второй ПЛК100 контролирует работу участка (№2), где происходит облагораживание технического углерода. Контроллер управляет 10-ю нагревательными элементами второго и третьего испарителя. Три модуля МВА8 по интерфейсу RS-485 опрашивают датчики температуры и давления. 10 емкостных датчиков соединены с дискретными входами ПЛК. Частотный преобразователь регулирует подачу углерода шлюзовым питателем по интерфейсу RS-232, а также охлаждение реактора водяным насосом.

Третий ПЛК100 выполняет сбор информации от контроллеров и регулирует циркуляцию теплоносителя двумя частотными преобразователями по интерфейсу RS-485. Он также контролирует температурный режим ректификационной колонны, работу двух нагревательных элементов, вентиляторов радиатора. 5 дискретных входов контроллера соединены с поплавковыми датчиками замерного устройства, другие 5 входов – с датчиками ректификационной колонны и еще один вход – с прибором УЗОТЭ-2У для диагностирования обрыва или перекоса фазы питающей сети.

При возникновении нештатной ситуации ПЛК посредством GSM/GPRS-модема ОВЕН ПМ01 рассылает персоналу диагностические SMS-сообщения.

Для визуализации и управления технологическим процессом используется программное обеспечение российской фирмы «Симп-Лайт». На трех мониторах отображается наиболее важная технологическая информация. На первом мониторе (рис. 2) – мнемосхема участка №1. С ее помощью контролируется степень наполнения бункера экструдера сырьем, его производительность, давление и температура в реакторе термолиза, температура в испарителях, переходной трубе и индикация работы плунжерных насосов и фильтра.

На втором мониторе (рис. 3) – мнемосхема участка №2. Посредством нее контролируется степень наполнения бункера техническим углеродом, производительность шлюзового питателя, температура и давление в реакторе облагораживания, осуществляется индикация работы вентиляторов охлаждения, вакуумного насоса, нагрева и охлаждения ректификационной колонны, замкнутой системы охлаждения.

На третьем мониторе отображается мнемосхема с графиками температуры, давления, оперативного изменения заданий, выбора технологических профилей и режимов работы установки. SCADA-система, установленная на ПК, обеспечивает:

• обмен данными в реальном времени;
• обработку информации и отображение на экране монитора в удобной форме;
• ведение базы архивных данных;
• аварийную сигнализацию;
• составление отчетов технологического процесса;
• изменение режима работы установки в соответствии с технологическими профилями.

Результат автоматизации

Комплекс проведенных научно-исследовательских работ по оптимизации и удешевлению процесса переработки резиновой крошки показал стабильность и надежность новой установки. В настоящее время идет процесс создания многотоннажной промышленной установки.