Интеграция автоматизированной системы на базе ПЛК в машину для дозирования текстильных красителей и проектирование экологической системы
Текстильная промышленность является одним из ведущих секторов с точки зрения занятости, существующих инвестиций и высокого уровня экспорта. Поэтому здесь необходимы все возможные инновации. Благодаря автоматизации процесса дозирования щелочи в старой системе был исключен ручной процесс приготовления красящего раствора и был запущен процесс, управляемый компьютером. Таким образом, смесь, необходимая для процесса окрашивания, готовится в соответствии с требованиями красильной машины.
Процесс приготовления вискозной краски происходит автоматически, и по мере того, как краска высыхает, количество раствора мгновенно контролируется датчиком, установленным на машине. При снижении уровня машина автоматически готовит раствор до желаемого уровня. Таким образом, приготовленный раствор красителя можно использовать без ухудшения качества, снижается нагрузка на оператора и исключается контакт с красителем с точки зрения охраны труда. Основными целями исследования являются обеспечение бесперебойности процесса окрашивания, отсутствие выбросов красителей и химических веществ в окружающую среду, снижение удельных затрат при одновременном увеличении объема производства. Таким образом, новый продукт, полученный в результате исследования, займет важное место в текстильном секторе благодаря своим экологическим и экономическим характеристикам.
Вступление
С момента образования промышленных секторов люди стремились получать качественную продукцию и увеличивать ее количество за короткое время. В свете исследований, основанных на этих причинах, на первый план вышло распределение работы между людьми и машинами и были заложены основы систем автоматизации. Текстильная промышленность является одним из ведущих секторов в Турции с созданием рабочих мест, существующими инвестициями и высоким коэффициентом экспорта [1]. Поэтому для ее производства требуются отдельные емкости, которые направляются в резервуар, где происходит смешивание, с помощью гидравлической линии и электромагнитного клапана, подключенного к ПЛК.
Белый цвет находится в четвертом резервуаре в соответствии с желаемым цветом заказа. Все инновации, которые будут внедрены, имеют большое значение, и в настоящее время происходят важные прорывы в области автоматизации. Процессы смешивания красителей используются во многих отраслях. Текстильная промышленность занимает первое место среди этих отраслей. Крашение пряжи в текстильной промышленности осуществляется множеством различных методов. Это градиентная краска, краска для мотков, краска для рулонов, краска для бобин.
Помимо методов крашения, свойства красителя и химических веществ важны для получения желаемого качества окрашиваемой пряжи. Однако при получении желаемого качества краски гораздо важнее для производителей свести к минимуму количество отходов производства и снизить ущерб окружающей среде [1-21]. При изучении этих методов и производственных процессов в крупных отраслях становится очевидным, что даже самые незначительные затраты времени и потери продукта могут привести к многочисленным повреждениям [2].
Все химические продукты, производимые сегодня, состоят из взвешивания большого количества химических материалов в различных количествах, их смешивания с помощью миксера и доставки. В промышленности по крашению пряжи для того, чтобы красящие вещества имели желаемый внешний вид, со складов, где они находятся, автоматически вызываются красители различных цветов в соответствии с рецептурой, созданной в лабораторных условиях. Их берут в нужных количествах, смешивают и наносят на ткань. Точный внешний вид цветов будет являться показателем качества системы.
Если процесс смешивания не будет чувствительным, цвета будут получаться не так, как хотелось бы, и производство будет прервано [3]. Считается, что автоматизация системы смешивания красок даст значительное преимущество в качестве решения этой проблемы. Многие исследователи, которые хотят сделать преимущества системы наглядными, уже провели свою работу в этом направлении. Гири и его коллеги разработали смесительную машину для получения красок разных цветов. В этой машине использованы основные цвета — желтый, красный и синий. В системе три резервуара, в которые встроены датчики уровня. Содержание трех основных цветов в емкости, в которой будет происходить смешивание, измеряется с помощью датчика измерения веса, а цвет заказа получается путем смешивания доступных цветов [4].
Бринда и др. полностью автоматизировали систему определения цвета с помощью ПЛК, SCADA и Arduino. Они получили цветовые сочетания, которые хотели использовать в своем исследовании, в результате выбора цветов, который они назначили, благодаря графическому интерфейсу Matlab. Они создали другие цвета на основе основных цветов — желтого, красного и синего. Авторы использовали Arduino для управления процессом и стремились повысить эффективность, снизить затраты и получить прибыль [5]. Бесерикли провел исследование, в ходе которого были рассмотрены проблемы, возникающие в системах взвешивания и дозирования на базе ПЛК и SCADA. В этом исследовании он стремился найти решения, учитывающие внешние факторы, влияющие на качество взвешивания.
В этой системе сравниваются три различные камеры для взвешивания с пневматическим управлением, взвешивание с пневматическим управлением с использованием поправочных коэффициентов вручную и пропорциональный пневмоклапан с использованием ПИД-регулятора [3]. Себастьян и его коллеги создали систему, основанную на смешивании различных цветов в определенных пропорциях в процессе получения желаемых красителей. Они управляли этой системой с помощью SCADA-системы. Система состоит из трех частей. Это процесс дозирования, смешивания красителя, транспортировка и упаковка. Краситель, смешанный в нужном цветовом соотношении, транспортируется в отдел упаковки с помощью конвейерной системы. В этой системе, где желаемый краситель получается с помощью SCADA, влияние человека сведено к минимуму и предотвращены серьезные ошибки, которые могут возникнуть при создании цвета [6].
Ахвад и др. использовали систему PLC для смешивания зеленого и синего цветов и получения голубого цвета. Они встроили фотоэлектрический датчик, который может обнаруживать бутылки на конвейерной ленте, приводимой в действие двигателем переменного тока. Они использовали датчик измерения уровня цвета, чтобы каждый раз получать одно и то же количество продукта. Команды создаются в ПЛК и визуализируются с помощью SCADA на экране компьютера для получения цвета [7]. Эти поучительные и направляющие исследования, как правило, указывают на упрощение процесса. В этом исследовании, в дополнение к совершенствованию процесса; смесь красителя и соды, которую работник должен приготовить для каждого процесса окрашивания, будет реализована автоматически в соответствии с потребностями, что принесет значительную пользу как рабочей силе, так и смеси красителя и соды, которая образуется в избытке и начинает густеть и портиться в конце определенного периода. быть предотвращенным от растраты впустую. Короче говоря, эта работа принесет как экономические, так и экологические выгоды.
Существующая система окраски пряжи
Для окрашивания пряжи в текстильной промышленности применяется множество методов окрашивания. Общий принцип работы системы, которая рассматривается в этом исследовании и в которой будет применяться автоматизация дозирования, заключается в следующем. В существующей системе имеется 4 красильных барабана, как показано на рисунке 1. В эти красильные бочки добавляется основной краситель, полученный оператором путем смешивания красителя с содой в определенных пропорциях. Основная краска подается в систему с помощью насосов, установленных в бочках, и выполняется процесс окрашивания.
Как можно понять из того, как работает нынешняя система, требуется серьезная рабочая сила как для приготовления базовой смеси красителей, так и для каждого заполнения бочек. В дополнение к этому недостатку системы, основной краситель, полученный в результате смешивания красителя с содой, начинает разлагаться через 3 часа и становится темнее желаемого цвета. Загустевающая краска становится непригодной для использования и превращается в отходы. Поэтому, если система будет использоваться в ее нынешнем виде, расход красителя сохранится. Одним из решений может быть приготовление новой смеси красителя и соды каждые 3 часа и получение базового красителя. Однако этот метод также значительно увеличит рабочую нагрузку. По этим причинам необходимо усовершенствовать систему и внедрить автоматизацию дозирования.
Система дозирования красителя и ее использование
Система дозирования, используемая при приготовлении краски, — это машины, которые смешивают краски в нужных пропорциях без участия человека, основываясь на разработанных рецептах. Основная цель системы дозирования — устранить проблемы, возникающие по вине оператора, и стандартизировать процесс смешивания цветов путем его автоматизации. Таким образом, процесс цветопередачи будет проходить в определенном порядке, и оператор не будет подвергаться воздействию химических веществ. В дополнение к этим особенностям, представлены и другие преимущества, а именно;
• Получение смеси, которая будет влиять на эффективность применения химикатов один к одному за счет дозирования в нужном месте,
• Возможность дозирования необходимого количества химикатов, необходимого для системы, за счет правильной дозировки,
• Предотвращение ненужного и неосознанного расхода, который может возникнуть при ручной заливке,
• Возможность точно рассчитайте суточное потребление химикатов и их стоимость,
• чтобы адаптироваться к изменениям в потреблении красителя, которые могут происходить в течение дня, измените количество химикатов с помощью дозирующего насоса.,
• Для предотвращения рисков, которые могут возникнуть при ручной заливке, с точки зрения охраны труда и техники безопасности, прежде чем они возникнут [8].
Система окрашивания имеет как преимущества, так и недостатки. Персоналу, который будет использовать систему дозирования, может потребоваться время, чтобы приобрести достаточные знания и опыт. Между желаемым и полученным цветом может быть разница в тоне. Если не учитывать эту ситуацию, могут возникнуть различные проблемы. По этой причине проведение необходимого обучения персонала, который будет использовать систему дозирования, и информирование его об этом предмете имеет решающее значение для предотвращения возможных проблем и жалоб клиентов.
В тех областях, где с краской используются химические вещества, влияющие на здоровье человека, приготовление смесей с помощью системы дозирования без прикосновения рук обеспечит производство высококачественных, гигиеничных и высокоэффективных продуктов. Такая ситуация подчеркивает важность системы дозирования. Это существенно влияет на качество работы заводов и сооружений, на которых используется система.
Приготовление рецептуры и процесс получения красителя
В текстильной промышленности подбор нужного цвета очень важен для правильного выполнения заказов клиентов и обеспечения их удовлетворенности. Поэтому существуют различные методы составления правильных рецептур красителей. Производители могут использовать существующий архив цветов, а также международный каталог цветов Pantone. Метод анализа цвета с помощью спектрофотометра или визуального контроля может быть использован в результате проверок, проведенных в световой кабине, на основе мастер-класса, полученного от заказчика.
В данном исследовании используется метод визуального контроля под руководством опытного оператора. Оператор создает рецептуру после проведения необходимых исследований у приходящего мастера. В соответствии с этим рецептом, в котором используются твердые красители, выполняется предварительная покраска 5-литрового объема. Предварительно краситель смешивают с 5 литрами соды в соотношении 1:1 и измеряют значение рН. Желательно, чтобы значение рН было в пределах 10,5-11. Если этот интервал соблюден, образец окрашивается, и если цвет соответствует требованиям, готовится 20 литров краски, и окрашивание продолжается таким образом до конца. Приготовленную 20-литровую краску смешивают с 20-литровой содой в соотношении 1:1 и получают основную краску. Значение рН этой смеси измеряют еще раз, и, если оно находится в нужных пределах, ее можно использовать для окрашивания.
Материал и способ
Когда краска смешивается с химической содой, срок службы краски увеличивается на определенный период, а затем она меняет цвет. Когда химическая сода смешивается с красителями, это приводит к изменению рН раствора, прежде чем он может прослужить долго, и приводит к ухудшению качества краски. В таком случае раствор необходимо утилизировать как отходы до того, как он будет полностью израсходован. Таким образом, в процессе окрашивания пряжи трением невозможно получить чрезмерное количество смеси, а растворы красителей, которые не могут быть использованы, выбрасываются. Для продолжения производства; Во время непрерывной работы красильщика, а также при замене красящего элемента происходят производственные потери и нежелательные отходы.
В данном исследовании была разработана новая красильная машина с системой дозирования щелочи. Благодаря отказу от ручного процесса приготовления красителя, который использовался ранее, краситель готовится и окрашивается автоматически. Благодаря этому проекту операторы, занятые в процессе подготовки краски при текущем типе окраски, устранили этот этап. Кроме того, благодаря этому проекту были устранены краски, которые необходимо менять по истечении определенного периода времени. Время истирания смеси химиката, красителя и соды было определено с помощью теста. Соответственно, краска портится к концу 4-го часа. В результате проведенных исследований были определены нити, которые были изготовлены в течение 1, 2 и максимум 3 часов, приемлемых для обеспечения качества. Было замечено, что окрашивание, появившееся в последующие часы, не соответствовало допустимым цветовым нормам.
С помощью существующих дозирующих насосов невозможно получать смеси в количестве 2-3 грамма. Это требует особой конструкции и компьютерного управления. В рамках исследования было создано новое программное обеспечение для ПЛК. Были получены более высокие объемы производства по сравнению с готовым раствором. Была разработана новая установка. Химическая сода и краска не смешиваются в емкостях разработанного устройства и хранятся в отдельных емкостях. Необходимое количество раствора дозируется в смесительные емкости, расположенные под машиной, с помощью клапанов, расположенных на дне емкостей. Была создана система, позволяющая дозировать раствор на заданных уровнях и предотвращающая ухудшение качества основного раствора, поскольку содовая смесь дозирует раствор в системе в требуемое время.
Моделирование системы
Механическое проектирование дозирующей системы было выполнено с помощью программного обеспечения AutoCAD. Кроме того, все оборудование, использованное в прототипе, было спроектировано и собрано последовательно. Производственный процесс был осуществлен после завершения проектных работ. Прототип разработан в соответствии со специальными размерами для обеспечения желаемых результатов в системе дозирования. Объемные размеры разработанной модели составляют 60 литров для емкостей с красителем и содовой, 2,5 литра для резервных емкостей и 5 литров для емкостей для смешивания. Механические части системы изготовлены из хромированной рамной конструкции, пневматических поршневых клапанов и хрома.
Производство разработанной модели
Автоматизированным системам требуется бесперебойно работающая механическая структура для выполнения требуемых операций путем выполнения заданных команд. Поэтому одним из важных моментов в системе дозирования была конструкция механических частей. Резервуары, емкости для ожидания и емкости для смешивания в системе изготовлены из хрома. хромированный материал обладает высокой коррозионной стойкостью, легко поддается очистке и имеет гораздо более длительный срок службы, чем резервуары, изготовленные из других материалов. Для предупреждения системы о том, что уровень краски и соды в контейнерах для ожидания и смеси, приготовленной в контейнерах для смешивания, опускается ниже определенного уровня, были использованы электроды для измерения уровня, изготовленные из хрома. Насосы для системы были выбраны под брендом EHEIM за их бесперебойную работу. Для крепления всей системы были изготовлены рама и подставка. Изготовленная система показана на рисунке 4 в ее окончательном виде.
Устройство с ПЛК (программируемым логическим контроллером)
ПЛК — это устройство, используемое для программирования сложных систем благодаря своему микропроцессору, который имеет множество входов и выходов. ПЛК подобен компьютеру, который работает в соответствии с системами, которыми он будет управлять, без монитора и клавиатуры. Программы ПЛК сканируют входную информацию в течение миллисекунд и обрабатывают соответствующую выходную информацию в режиме, близком к реальному времени, реагируя на нее [9]. Рабочие этапы приведены в таблице 1, а ее общая структура — на рисунке 5. Время сканирования = время выполнения шага 1 + Время выполнения шага 2 + время выполнения шага 3 [10]. Время настройки и ввода в эксплуатацию ПЛК сокращается по сравнению с другими подключенными системами.
Кроме того, хотя систему ПЛК можно сравнить с компьютерной системой, она оснащена определенным оборудованием, пригодным для промышленного управления; Безопасная, не подверженная воздействию помех Модульная структура подключаемых модулей, которые можно легко менять или добавлять (например, для ввода/вывода) Стандартные соединения ввода/вывода и уровни сигнала Простой для понимания язык программирования Простое программирование и перепрограммирование на месте Простая связь с другими ПЛК, компьютерами и интеллектуальными устройствами, превосходящими их как по стоимости, так и по качеству. пространство по сравнению с релейными и твердотельными логическими системами [11]. Для автоматизации дозирования был выбран Panasonic FP0R F32 32K. Его задача — контролировать систему и управлять ею с экрана HDMI. Время обработки простой команды составляет 0,08 микросекунды. Доступно расширение памяти до 32 тыс. шагов.
При программировании системы ПЛК необходимо иметь полное представление о схемах управления. Система ПЛК является наиболее распространенным языком программирования типа «Лестница» среди многих существующих языков программирования. По форме она похожа на электрическую схему цепей управления в языке программирования «лестница». Как и в реальных схемах, используются контакты и выходы, представляющие собой реле. В отличие от лестничного программирования, в управляющих системах giants подготовка схем выполняется по горизонтальной оси. В его основе лежит принцип отбора энергии с левой стороны и передачи ее на выход справа [2]. На рисунке 7 показана часть кода, состоящая из 260 строк, записанных в виде ступенчатой диаграммы для системы дозирования.
Экран будет готов к использованию. После того, как с помощью оператора емкости с красителем и содой будут заполнены, станции, которые будут работать по команде включения/выключения станции на экране, переключаются в положение «Станция включена», как показано на рисунке, и система запускается нажатием команды «Пуск». Сначала заполняются емкости для краски и соды объемом 2,5 литра. Затем краситель и сода переливаются в емкость для смешивания объемом 5 литров. Время повторного заполнения емкости для краски и соды определяется по сигналу, подаваемому индикатором уровня электрода.
Поскольку плотности соды и красителя отличаются друг от друга, время заполнения контейнеров смесью и ожидания определяется в зависимости от плотности красителя в системе (приблизительно 20 секунд). После завершения процесса окраски убедитесь, что на экране не нажата кнопка аварийной остановки для очистки. Как показано на рисунке, станция должна быть включена, необходимо выбрать команду «Стирка включена» и нажать кнопку «Пуск». В то время как процесс промывки емкости для краски, контейнера для ожидания краски и контейнеров для смешивания проводится после каждого окрашивания, для соды этот процесс занимает три месяца. Поскольку сода используется постоянно для всех типов красок.
Выводы
Поскольку износ красителей в процессе эксплуатации приводит к ухудшению цвета и изображения, плавного хода работы добиться невозможно. Благодаря этому исследованию срок службы раствора красителя и раствора соды увеличился, поскольку они не смешиваются. Увеличение срока службы химической соды и красителя снижает погрешность производства и снижает затраты. Ухудшение качества, возникающее после реакции химической соды с красителем по истечении примерно 3 часов при нормальных условиях эксплуатации, и разделение химической соды и красителя в емкостях машины, благодаря разработанной конструкции, решили проблему ухудшения качества. В новой предлагаемой системе было уменьшено количество раствора, отделяемого в виде отходов. Таким образом, была обеспечена экологическая выгода [22].
Следовательно, срок службы раствора в новой системе продлен. Такая ситуация привела к снижению затрат и загрязнению окружающей среды. Кроме того, экологическая выгода, которую это обеспечивает, также влияет на использование воды, и это также принесло значительные преимущества в этой области [23]. Дозирование контролировалось с помощью нового программного обеспечения, встроенного в систему. Благодаря датчикам уровня, которые устанавливаются в емкости с химическими растворами соды и красителей, выходящими из дозирующих клапанов под машиной, уровень дозирования становится контролируемым.
С помощью экрана управления HMI, установленного на станке, оператор и начальники смены могут мгновенно увидеть на экране уровень красителя и химической соды. В случае снижения уровня красителей и химической соды датчики давления, которые мы используем для определения уровня в резервуарах, мгновенно получают данные на экран и предупреждают операторов о снижении уровня. Благодаря этому исследованию было предотвращено ухудшение качества готовой краски по истечении 3 часов, непрерывное приготовление оператором 20 литров смеси красителя и соды, а также расход дополнительной готовой или испорченной краски.