Автоматизация для производства кирпича

Преобразователи частоты в индустрии стройматериалов: автоматизация управления и решение технологических задач

Преобразователи частоты, входящие в линейку оборудования Danfoss Drives, широко применяются на заводах по производству строительных материалов в автоматизированных системах управления технологическими процессами. В статье приведены показательные примеры использования оборудования Danfoss Drives на различных российских предприятиях.

На многих предприятиях индустрии стройматериалов для автоматизации управления технологическими процессами применяют частотно-регулируемые приводы. Преобразователи частоты способствуют повышению производительности производства и экономии энергоресурсов. Устройства плавного пуска осуществляют защиту электродвигателей, снижают нагрузки на питающие сети и оптимизируют работу оборудования. Продуктовая корзина Danfoss Drives позволяет решать технические задачи высокой сложности. Приводная техника стала необходимой частью разных агрегатов и систем, среди ко торых мельницы и питатели, смесители и мешалки, холодильники и печи, насосы и вентиляторы.

При выпуске кирпича и смесей

При производстве газобетона, сухих смесей и других строительных материалов используется песок, который измельчают с помощью шаровой мельницы (рис. 1). На заводе ОАО «Главновосибирскстрой» запуск асинхронного двигателя такой установки мощностью 400 кВт и напряжением 380 В происходил через переключение обмоток по схеме «звезда – треугольник». Это нередко приводило к срабатыванию защиты на головной подстанции и отключению потребителей. Требовалось ограничение пускового тока на вводе до двукратного значения номинала.

Решение разработали инженеры компании «ТЭТ-РС» на основе функциональности преобразователя частоты марки VLT. Устройство серии FC 302 мощностью 400 кВт ограничило значения пускового тока до 1,3 от номинального и обеспечило безударный пуск двигателя. Ушли в прошлое неблагоприятное воздействие на питающую сеть и простои оборудования.

На заводе силикатного кирпича в Саратове в 2011 году была модернизирована шаровая мельница для измельчения извести. Раньше асинхронный электродвигатель мощностью 132 кВт работал на прямом пуске и негативно влиял на работу трансформаторной подстанции. Номинальный ток привода мельницы составлял 250 А, а пусковой – 1500 А.

Для решения проблемы компания «Трайтек Инфосистемс» предложила готовое решение – шкаф управления на основе устройства плавного пуска (УПП) серии MCD 500 (рис. 2) с током 428 А.

В результате был обеспечен плавный пуск, уменьшена нагрузка на подстанцию и исполнительный механизм. Оборудование имеет высокую степень защиты от пыли и работает в неотапливаемом помещении. Модернизация значительно сократила затраты на ремонт и эксплуатацию.

Оценив преимущества, заказчик решил поставить аналогичную систему еще на две мельницы с электродвигателями мощностью 132 и 90 кВт. После проведения технического обследования в уже работающем шкафу управления была изменена конфигурация. Новый алгоритм обеспечил плавный пуск и защиту сразу двух электродвигателей с помощью одного УПП. Кроме того, система позволила контролировать загруженность шаровых мельниц и оптимизировать работу оборудования (рис. 3).

Для автоматизации управления производственными линиями на заводе также применили шесть приводов серии FC 051 мощностью по 3 кВт. Итогом внедрения стало увеличение производительности и резкое сокращение количества бракованных кирпичей.

На кирпичном заводе «ЛИКОЛОР» в Новосибирске в состав АСУ ТП нового производства входят преобразователи частоты. После полугода с момента запуска здесь вышел из строя базовый частотно-регулируемый привод, управляющий двигателем мешалки. На время ремонта инжиниринговая компания «ТЭТ-РС» установила на условиях аренды привод марки VLT. После ремонта устройство через два месяца опять отказало, остановив технологический процесс производства кирпича. И вновь преобразователь частоты серии FC 302 быстро пришел на замену.

Разработка компании «Данфосс» имеет простую и удобную настройку параметров, что гарантирует легкую интеграцию с требуемым режимом работы технологической линии. Системный интегратор «ТЭТ-РС» является официальным партнером компании и обеспечивает круглосуточную техническую поддержку клиентов семь дней в неделю. Эти факторы минимизируют время простоя производственного процесса в случае возникновения аварии.

На асфальтовом заводе

На подмосковном заводе «Асфальт» каждый час выпускается 400 т асфальтобетонных смесей. Одна из установок, HC‑240, спроектирована и изготовлена в ЗАО «Номбус». Все основные агрегаты – питатели, сушильный барабан, смеситель, горелка, системы подачи битума – оснащены преобразователями частоты VLT и устройствами плавного пуска.

Работу пяти питателей регулируют частотные преобразователи серии VLT Micro Drive FC 51 мощностью по 2,2 кВт. Они управляют мотор-редукторами конвейеров подачи песка и гравия. В сушильном барабане используется VLT HVAC Drive FC 102 мощностью 75 кВт. Нагрев происходит с помощью специальной горелки, в которой подачу воздуха также контролирует VLT HVAC Drive FC 102 той же мощности. Смеситель для размешивания битума управляется преобразователем частоты серии VLT Micro Drive FC 51. Насос циркуляции битума регулирует привод VLT Micro Drive FC 51 мощностью 11 кВт.

В смесителе для оптимизации приготовления асфальта установлены два привода VLT HVAC Drive FC 102 по 45 кВт. Подача стабилизирующей смеси управляется тремя приводами. Для вентилятора подачи это VLT Micro Drive FC 51 мощностью 11 кВт, в дозировке смеси и в весах два привода VLT Micro Drive FC 51, каждый мощностью 1,5 кВт. Для автоматизации работы двигателя элеватора применен VLT HVAC Drive FC 102 мощностью 22 кВт.

Еще один важный элемент – двигатель дымососа, управляемый преобразователем частоты VLT HVAC Drive FC 102 мощностью 200 кВт. Специализированные функции данной серии оптимизируют работу вентиляторов. Среди опций – «подхват на лету» и плавный пуск.

Для мониторинга и управления технологическими процессами на установке HC‑240 была разработана специальная система диспетчеризации. Автоматизация исключает человеческий фактор на производстве, обеспечивает стабильную работу оборудования и высокое качество выпускаемых асфальтобетонных смесей.

«Важным критерием при выборе преобразователей частоты для проекта была стабильная и устойчивая работа по протоколу RS‑485, – отмечает Константин Савенок, ведущий инженер ЗАО “Номбус”. – Частотные преобразователи Danfoss превосходно справились с этой задачей, они регулярно и непрерывно передают данные по току в верхнюю систему управления. Плюс значимым моментом явилось наличие квалифицированной и оперативной технической поддержки».

Комплексная автоматизация конвейеров

По словам Павла Федосова, генерального директора «МИГ Электро», механические конвейерные линии используются во многих производственных процессах, а их автоматизация позволяет повысить эффективность производства. «Мы давно используем в своих проектах оборудование Danfoss. За долгие годы эксплуатации преобразователи частоты хорошо зарекомендовали себя у наших клиентов», – прокомментировал он выбор поставщика. Для достижения поставленной цели было применено 19 устройств серии VLT Automation Drive FC 302 мощностью 7,5 кВт, 5,5 кВт, 4 кВт, часть из которых снабжена платами контроллера синхронизации MCO 350 и Profibus DP МСА 101.

«При постановке технического задания по автоматизации линии ставились такие требования, как комплексная автоматизация, простота и удобство использования, минимизация расходных материалов и снижение издержек при запуске и окончании производственного цикла, – рассказал Олег Селезнев, генеральный директор компании “Гравис”. – В конечном итоге все требования были успешно реализованы. Техническое решение с использованием преобразователей частоты обеспечивает плавный пуск и позволяет избежать рывков конвейера и нежелательных нагрузок. Система оказалась простой и удобной, сейчас срок обучения сотрудника конвейера составляет одну неделю».

Техническое решение с оборудованием Danfoss Drives оказалось в три раза дешевле установки сервопривода. Были сэкономлены средства и время, которые потребовались бы при создании специализированной программы. Автоматизация увеличила производительность линии до 700 тыс. погонных метров. В процессе конвейерного производства отпала необходимость промежуточных остановок. Новшество позволило уменьшить количество обслуживающего персонала.

Один привод – много применений

Классическим примером унификации парка частотно-регулируемых приводов можно считать применение серии универсальных низковольтных ПЧ Danfoss марки VLT на цементном заводе. Серия VLT AutomationDrive (рис. 4) в диапазоне мощностей от 0,25 до 1400 кВт обеспечивает автоматизацию управления большинством технологических процессов на предприятии.

Привод вращающейся печи. Как правило, главный привод вращающейся печи – двигатель с фазным ротором и несколькими ступенями регулировки скорости. Данная схема имеет большое количество контактных групп, что негативно влияет на надежность работы установки в условиях повышенной запыленности. Альтернативой является решение с преобразователем частоты с низковольтным двигателем.

Ленточный питатель. Эффективность работы мельницы зависит от степени загрузки: недогруз и перегруз приводят к нарушению техпроцесса. Контроль заданного режима обеспечивает применение частотного привода. Его функциональность также дает возможность с высокой степенью точности регулировать качество получаемого материала.

Шламовый насос. Стабильная работа печи основана на равномерной подаче шлама. Решение на основе универсального ПЧ Danfoss значительно упрощает схему шламового питателя. Отпадает потребность в переливных баках и регулирующих затворах. Достаточно одной контрольной емкости для калибровки расходомера. Дополнительный бонус – значительное сокращение энергопотребления. Как показал опыт ООО «ТимлюйЦемент», входящего в холдинг «Сибирский цемент», экономия электроэнергии достигает 30 %.

Вентилятор решеток колосникового холодильника. Преобразователь частоты упрощает процесс контроля температуры клинкера. Автоматизация регулирования обеспечивает равномерную подачу холодного воздуха и уменьшает энергопотребление двигателя вентилятора. Решение исключает перегрев колосников, снижает количество периодов техобслуживания и повышает надежность системы.

К примеру, для холодильника типа «Волга» подача воздуха осуществлялась вентилятором с приводом 312 кВт с помощью задвижек.

Преобразователь частоты позволил установить асинхронные двигатели мощностью 55–75 кВт и управлять охлаждением клинкера в зависимости от скорости его перемещения и толщины слоя на решетке. При этом суммарная номинальная мощность двигателей меньше замененного электропривода, а энергопотребление уменьшилось в несколько раз.

Привод колосников холодильника печи. Частотно-регулируемый привод задает скорость движения колосников в зависимости от объема клинкера, выходящего из вращающейся печи. Устройство поддерживает необходимый момент на валу двигателя вне зависимости от скорости вращения. Замена привода постоянного тока на частотно-регулируемый исключает влияние человеческого фактора и снижает количество остановов.

Сфера применения решений на основе оборудования Danfoss Drives на предприятиях по производству строительных материалов практически не ограничена. Эта приводная техника используется для вентиляторов, различных насосов, весовых и объемных дозаторов, дробилок, компрессоров, грейферных мостовых кранов. Она эффективна при создании систем приточно-вытяжной вентиляции и кондиционирования помещений. Практика повсеместно показывает высокий потенциал оборудования Danfoss Drives и востребованность технических решений компании «Данфосс».

Автоматизацию не остановить, и роботы — это не плохо

«Если самую тяжелую работу вместо людей будут выполнять машины, человечество откроет для себя новые горизонты», — считает журналист Джеймс Дэй.

Похоже, никто уже не спорит с тем, что скоро нас будут окружать роботы… и что они лишат нас рабочих мест. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) подготовила масштабный отчет(1), в котором оценивалась степень влияния автоматизации на рынок труда. Исследователи пришли к выводу, что 14% всех рабочих мест, которые сейчас занимают люди, будут с большой долей вероятности заполнены машинами.

Исследование проводилось в 32 странах, в том числе в США, где без работы останутся 10% сотрудников из упомянутой «группы риска». Еще 32% профессий будут трансформированы, что потребует основательного переобучения сотрудников.

Но не стоит считать, что рынок труда, каким мы его знаем, скоро перестанет существовать, равно как и предрекать скорый апокалипсис в виде массовой безработицы. Не всё так плохо. Новые технологии создали больше рабочих мест, чем уничтожили, а автоматизация, если должным образом контролировать ее использование, подарит работникам больше свободы. В данной статье мы рассмотрим эту тенденцию и ее возможные последствия.

Что такое автоматизация рабочего места?

Если коротко, это использование искусственного интеллекта (ИИ) и высокотехнологичного роботизированного оборудования для выполнения задач, которыми раньше занимались люди.

Автоматизация уже получила широкое распространение: вспомните стойки самостоятельной регистрации и системы автоматизированного паспортного контроля в аэропортах или сборочные конвейеры на автомобильных заводах, например сверхэффективную фабрику Nissan в английском Сандерленде(2), где роботы и машины уже не первый год гармонично работают вместе.

По мнению аналитиков, наступает переломный момент: наиболее радикальные перемены еще впереди. Технологии аналитического мышления, которые уже воплощены в системе Watson от IBM и взаимодействующих роботах Baxter от Rethink Robotics, позволят добиться максимальной эффективности на производстве и сократят расходы, связанные с изготовлением продукции.

Каково будет влияние автоматизации?

В качестве примера возьмем Великобританию. Согласно отчету Банка Англии(3), сейчас производительность находится на самом низком с 18 века уровне, поэтому эксперты по роботизации призывают инвестировать средства в автоматизацию, чтобы эффективность предприятий повысилась.

Для таких отраслей, как производство и здравоохранение, повышение уровня автоматизации будет означать ускорение процессов и вместе с тем увеличение времени работы. Представьте: в 5 вечера вы отправляете сотрудников домой и подключаете к работе машины, работающие круглосуточно. Это позволит в два раза увеличить пропускную способность завода или же сократить время ожидания в очереди в больнице, а также освободить больше коек.

Еще один важный фактор, способствующий развитию автоматизации, — возможное усиление экономики стран, которые ранее перенесли производство за границу и теперь смогут вернуть его. Некоторые компании, например Adidas(4), уже сделали это.

Если говорить о странах, которые активно способствуют внедрению роботов(5), то здесь в лидерах Южная Корея, Германия и Сингапур. Китай, где дешевая рабочая сила в избытке, отстает от лидеров в той же степени, что и Великобритания(6), хотя эта ситуация скоро изменится.

Средний показатель по миру — 74 робота на 10 тысяч сотрудников. Такие данные приводит Международная федерация робототехники (МФР). Для сравнения, в Южной Корее этот показатель составляет 631, а в Великобритании — 71.

Но самое интересное — это автономные интеллектуальные системы, например самоуправляемые транспортные средства, которые способны «принимать решения» без участия человека. Про автопилот в самолетах слышали все, но представьте, если похожую систему установить на грузовике: ей можно будет полностью передать управление на ночь, и товары, таким образом, получится доставить быстрее.

Автоматизация лишь частично устранит необходимость в человеческой рабочей силе

Автоматизация — это хорошо или плохо?

Глобальный институт McKinsey опубликовал отчет, согласно которому с помощью современных технологий уже сегодня можно автоматизировать примерно половину задач, которые сейчас выполняют люди. Но особо отмечается, что полностью удастся автоматизировать только пять процентов задач(8).

Идея заключается в том, что машины нужно использовать, а не противостоять им, это позволит преуспеть в современном мире, и именно это люди делали на протяжении всей истории. Например, уборочные комбайны в сельском хозяйстве, или ПО и таблицы Excel, благодаря которым расчеты стали гораздо проще.

По мнению аналитиков McKinsey, новые технологии повлекут за собой возникновение новых профессий, которые помогут извлечь из этих технологий максимум пользы. Китайская фирма Huawei в сотрудничестве с Институтом искусств и идей, а также футуристами из Kjaer Global подготовила отчет New Renaissance Hotspots Report. В нем прогнозируется, что к 2030 году благодаря автоматизации в Европе появится 1,47 млн новых рабочих мест.

Каким образом автоматизация предоставит работникам больше свободы?

Как показал опрос Bot.Me, проведенный компанией PwC(10), примерно 70% крупных предпринимателей считают, что искусственный интеллект позволит людям выполнять более творческую работу и иметь больше свободного времени.

А согласно отчету Workforce of the Future(11), также подготовленному PwC, у некоторых экспертов прогноз еще оптимистичнее: они считают, что благодаря ИИ мы сможем развивать свои способности; машины помогут нам обрабатывать, анализировать и оценивать информацию, за счет чего у нас появится больше времени на высокоуровневое мышление, выполнение творческих задач и принятие решений.

Кроме того, машины помогут людям, которые занимаются физическим трудом: таким сотрудникам придется поднимать меньше тяжелых грузов, снизится вероятность получения травм и, как следствие, расходы на лечение и длительность больничных. Возможно, с помощью машин, таких как робот-каменщик SAM(12), удастся даже разрешить жилищный кризис, ведь они укладывают кирпич в шесть раз быстрее. Работа строителей, однако, никуда не денется, ведь кто-то должен заправлять кирпич в машину.

Стоит подумать также и о самих машинах. Хотя возможно, это и не потребуется. В списке профессий, возникновение которых предрекает Huawei в своем отчете, есть и правозащитники, которые будут следить за тем, чтобы с роботами обращались справедливо.

Какие навыки будут полезны в будущем?

Пожалуй, самая большая задача, с которой придется столкнуться, — это не массовая безработица, а массовая смена работы, если нам придется искать занятие тем 14% работников, которые останутся без работы из-за автоматизации. Относиться к этому можно по-разному, но для кого-то это может стать прекрасной возможностью полностью изменить карьеру или продвинуться по службе.

Молодым специалистам, выходящим на рынок труда, также придется столкнуться с неопределенностью, а это означает, что им, возможно, придется переучиваться несколько раз на протяжении жизни. Если верить отчету McKinsey(13) о цифровом будущем рынка труда, людям придется постоянно учиться, чтобы преуспеть.

Специалисты McKinsey считают, что в будущем для более быстрой адаптации к новой роли сотрудникам потребуются «навыки, необходимые для работы с информацией» (хотя это и звучит несколько расплывчато). Если нам придется работать вместе с роботами, то крайне важное значение приобретут знания в области естественных наук, технологий, инженерии и математики. Особенно это актуально для инженеров, которые будут заниматься разработкой и обслуживанием машин.

Вероятно, будут востребованы творческие и коммуникативные навыки, а также эмоциональный интеллект. «Наибольшего успеха среди специалистов по обработке данных достигают те, кто может доступно рассказать о своих выводах, и те, кто может взглянуть на них под другим углом. Автоматизация не заменит творчески одаренных сотрудников», — считает Мартин Даффи, директор аналитического отдела в PwC Ireland.

«Мир меняется. Общественное устройство становится сложнее, а предприятия — крупнее, и это оказывает влияние на то, какие профессии и навыки будут востребованы в будущем, — добавляет Анне Лисе Кэр из Kjaer Global. — Развивающиеся технологии, особенно робототехника и искусственный интеллект, способствуют автоматизации традиционных видов работы. Меняется и подход к обучению, пересматривается актуальность тех или иных навыков.

В связи с этим и организациям, и частным лицам придется выработать установку, направленную на личностный и профессиональный рост, адаптироваться к новой среде, где ценятся креативность, гибкость и способность учиться новому на протяжении всей жизни. Эти качества позволят нам не только справиться с трудностями, но и по-настоящему преуспеть в постоянно меняющемся мире».

Джеймс Дей — технический журналист из Великобритании.

Наши планы

Проект по автоматизации реализовывали в несколько этапов. И сейчас мы продолжаем работать по автоматизации производства полностью в 1С:УНФ. Сейчас главная цель — получение полной себестоимости в одной программе.

Следующим этапом планируем расширить финансовый учет.

Автоматизация наших задач сопровождалась непростым периодом пандемии. Поэтому каждый этап работ сопровождался удаленной демонстрацией и инструкциями от компании «Метод».

А также были регулярные встречи, в том числе удаленные во время карантина, на которых обсуждали как стратегию дальнейшего внедрения, так и конкретные задачи. Такой формат сотрудничества оказался для нас очень полезен, т. к. становилась более понятна задача и варианты решения.

Спасибо официальному партнеру «1С» компании «Метод» и лично руководителю Игорю Размете. Вместе мы сделали очень много, и впереди еще большая плодотворная работа.

Игорь Размета, директор компании «Метод»:
«Мы довольны совместными результатами проекта. Добиться таких результатов в короткие сроки позволило совместная работа нашей команды и компании ClayStreet.