Автоматическая система управления процессом стерилизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

АВТОМАТИКА, АВТОМАТИЗАЦИЯ, УСТОЙЧИВОСТЬ СИСТЕМЫ, СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ, СХЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ, АППАРАТУРА АВТОМАТИКИ.

Тема: «Автоматическая система управления процессом стерилизации».

Объект: консервный завод, автоклав.

Цель: составить функциональную схему автоматизации и выбрать аппаратуру автоматики.

Рассмотрены основные условные обозначения, используемые при составлении функциональных схем автоматизации, аппаратура автоматики, используемая на предприятии в процессе стерилизации.

Содержание

Введение

1. Устойчивость систем управления

1.1 Преобразования структурных схем

1.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица

1.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова

2. Проектирование одноконтурной системы регулирования

2.1 Описание технологического процесса

2.2 Описание схемы автоматизации

2.3 Выбор и обоснование средств измерения

Заключение

Список используемой литературы

Введение

автоматизация управление стерилизация

В настоящее время возникает острая необходимость повышения производительности труда, эффективности производства и ускорения научно-технического процесса. Это возможно, путем автоматизации производственных процессов.

Автоматика - отрасль науки и техники, разрабатывающая теорию и методы автоматизации производственных процессов. Сегодня и в перспективе компьютерные технологии управления будут лежать в основе систем управления производственным процессом и обработку баз данных в консервном производстве.

Внедрение компьютерных технологий и автоматизированных систем управления дает возможность повысить технико-экономические показатели производства, увеличить выпуск продукции, эффективнее использовать трудовые и материальные ресурсы, а также улучшить качество и своевременность обработки технологической и оперативной информации.

Целью данной работы является автоматизация технологического процесса сквашивания продукта с применением современных приборов и средств контроля.

Задачами курсовой работы являются: выбор объектов управления; определение параметров для контроля, управления, сигнализации; разработка функциональной схемы автоматизации и другой документации.

1. Расчет устойчивости одноконтурной системы регулирования

Wp(p), Wc (p), Wo(p), Wи(р) - передаточные функции: регулятора, исполнительного механизма, объекта регулирования, измерителя (датчика) соответственно;

цз, ц, ци - заданное, действительное, и измеренное значения регулируемой величины соответственно;

л - возмущающее воздействие.

Вид передаточных функций:

Коэффициенты передаточных функций

Ко = 1,4 Тд = 70

То = 10 Кс = 0,6

Т = 35 Тс = 1,5

Кр = 15 Ки = 1

Ти = 50 Т1 = 25

1.1 Преобразование структурной схемы

Система будет называться устойчивой, если выведенная из состояния равновесия и представленная самой себе, она возвращается в исходное состояние, т.е. при снятии внешнего воздействия САУ возвращается в то состояние, в котором она находилась до возмущения.



Рис. 1.1 - Схема автоматической системы регулирования

Последовательное соединение звеньев: звенья системы автоматического управления, описывающие динамику отдельныхэлементов, могут соединяться последовательно, когда выход предыдущего звена является входом последующего. При этом результирующая передаточная функция будет равна произведению передаточных функций отдельных звеньев (рис. 1.2).

Рис. 1.2 - Последовательное соединение звеньев АСР

Для этих звеньев можно записать соотношение:

м(р) = Wp(p) Е(р) м1 = Wc (p) м(р)

Результирующая передаточная функция есть отношение операторных изображений выходной величины к входной при начальных нулевых условиях.

Встречно-параллельное включение звеньев: при встречно-параллельном включении звеньев результирующая передаточная функция равна частному от деления передаточной функции прямой связи на единицу плюс/минус передаточную функцию разомкнутого контура, в котором звенья включены встречно-параллельно (рис. 1.3). При этом знак плюс соответствует отрицательной, а минус положительной обратной связи.

Рис. 1.3 - Встречно-параллельное включение звеньев

Под прямой связью понимается передаточная функция между искомыми переменными по направлению прохождения сигнала без учета главной обратной связи. Для системы, изображенной на рис. 1.1 передаточная функция прямой связи л и ц есть Wc (p), а между цз и ц есть Wp(p) Wc (p) Wo(p). Передаточная функция между цз и о равна единице, поскольку переменными в прямой связи нет динамических звеньев, а есть динамическая непосредственная связь цз и о, на этом основании можно записать:

W1зс = ц(р) / л(р) = Wo(p) / (1+ Wpаз(р));

W2зс = ц(р) / цз (р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) / цз (р) (1+ Wpаз(р));

W3зс = о(р) / цз (р) = 1 / цз (р).

Где Wpаз(р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) Wи(р) - передаточная функция разомкнутой САУ. В нашем случае:

Wpаз(р) = Wp(p) Wc (p) Wo(p) Wи(р) =

Используя общее правило записи передаточных функций замкнутой системы, можно записать ее между любыми переменными, при этом знаменатель будет неизменным, изменяться будет только числитель.

Для того чтобы приступить к анализу устойчивости САУ определим вид характеристического уравнения замкнутой системы, для чего приравниваем знаменатель передаточной функции к нулю:

1+ Wpаз(р) = 0;

Пусть Wpаз(р) = В(р) / А(р), тогда

В(р) + А(р) = 0,

B(p)=

А(р) =

Сложим В(р) и А(р)

Если сравним это выражение со знаменателем передаточной функции замкнутой системы, то обнаружим их тождественность. Подставив в это выражение численные значения, получим характеристическое уравнение вида:

С0 р3 + С1 р2 + С2 р + С3 = 0, где

С0 = Тс То = =

С1 = Тс То =

С2 =

С3 =

1.2 Алгебраический критерий устойчивости Гурвица

Если характеристическое уравнение САУ имеет вид , то САУ будет устойчива, если С0 ? 0, будут положительны все главные диагональные миноры определителя Гурвица до n-1 порядка.

Определитель Гурвица составляется следующим образом: по диагонали записывают коэффициенты от С1 до Сn, над диагональю записываются коэффициенты с возрастающими индексами, под диагональю - с убывающими, недостающие коэффициенты заменяются нулями.

Критерий Гурвица удобен для исследования систем с характеристическими уравнениями невысокой степени (до пятой). При высокой степени характеристического уравнения или при наличии звена чистого запаздывания, когда характеристическое уравнение становится трансцендентным из-за члена вида е-рф, удобнее, а при трансцендентном характеристическом уравнении единственно возможным, являются частотные критерии, обладающие простой геометрической интерпретацией.

Составим определители:



?1 = С1

?3 = 5928750>0

?2 = 697500>0

?1 = 9000 ? 0

Вывод: после расчета алгебраического критерия Гурвица можно сделать вывод, что АСР является устойчивой, т.к. ?3 и ?2 > 0

1.3 Частотный критерий устойчивости Михайлова

Если в характеристическое уравнение С0 рn + С1 рn-1 + … +Сn-1 р + Сn = 0 подставить выражение р = jщ, то получим годограф Михайлова:

G (jщ) = С0 (jщ - р1) (jщ - р2) … (jщ - рn) = С0 (jщ)n + С1 (jщ)n-1 + … + Сn

САУ будет устойчива, если годограф Михайлова, начинаясь на положительной вещественной полуоси, последовательно проходит в положительном направлении (против часовой стрелки) n квадрантов при изменении щ от 0 до + ?, где n - степень характеристического уравнения.

Если годограф Михайлова проходит через начало координат, то САУ находится на границе устойчивости. При этом если он начинается с нуля, то это указывает на наличие нулевого корня, если годограф начинается на положительной вещественной полуоси, но затем проходит через начало координат, то это означает наличие мнимых корне в характеристическом уравнении.

Если годограф Михайлова не последовательно проходит квадранты комплексной плоскости или не проходит n квадрантов, то САУ не устойчива.

Таким образом, критерий устойчивости Михайлова позволяет не только анализировать устойчивость замкнутых и разомкнутых САУ, но и находить число неустойчивых корней.

Расчет частотного критерия Михайлова:

Запишем выражение годографа Михайлова

G(jщ) =

Для облегчения построения G(jщ) при изменении щ от 0 до + ?, найдем точки его пересечения с вещественной и мнимой осями комплексной плоскости. Для этого представим G(jщ) в виде вещественной и мнимой частей:

G(jщ) = x (щ) + jy(щ) = 8,5 - 9000 (jщ)2 + j(86щ - 9000щ3)

Для определения точек пересечения годографа Михайлова с вещественной осью приравниваем нулю мнимую его часть:

86щ - 9000щ3 = 0, отсюда

щ1 = 0, щ3 = = 0,098 с-1

Подставив значения щ1 и щ3 в вещественную часть G(jщ), находим

x (щ1) =

x (щ3) =

Вещественную часть принимаем равной нулю:

8.5 - 9000 щ2 = 0;

щ 2 = v8,5/9000 = 0,03

Подставив значение щ 2 в мнимую часть G(jщ), получим

y(щ2) =

Поскольку щ 2 ? щ3 чередуемость корней не соблюдается, значит, система управления неустойчива.

Рис. 1.4 - Годограф Михайлова

Вывод: после расчета частотного критерия устойчивости Михайлова справедливым можно считать утверждение о том, что исследуемая САУ является устойчивой, т.к. годограф Михайлова последовательно проходит 3 квадранта при изменении щ от 0 до + ?.

2. Проектирование системы автоматического контроля и регулирования процессом стерилизации

Функциональная схема автоматизации даст представление о функционально-блочной структуре системы автоматического управления, регулирования, контроля, сигнализации, защиты технологического процесса или установок и определяет объем оснащения автоматического объекта аппаратурой автоматики.

2.1 Описание технологического процесса

Этап сквашивания является наиболее уязвимым с точки зрения микробиологических рисков, поскольку в процессе сквашивания создаются благоприятные условия для развития не только заквасочных микроорганизмов, но ивредной микрофлры, источниками которой могли быть исходное молоко, воздух иоборудование при недостаточно качественной его санитарной обработке.Активность кислотообразования в процессе сквашивания, влияя на егопродолжительность, формирует также санитарно-гигиенические показатели готового продукта и, следовательно, его безопасность, поскольку практически вся посторонняя микрофлора (бактерии группы кишечных палочек, стафилококки,дрожжи, плесени и др.) чувствительна к кислой реакции среды. Сквашивание (обезжиренного молока, нормализованной смеси) осуществляют до образования сгустка требуемой кислотности с учетом способа коагуляции, массовой доли жира в твороге, способа обезвоживания сгустка. Следует учитывать, что недостаточном сквашенный сгусток увеличивает потери, обработка сгустка с повышенной кислотностью приводит к получению творога с излишне кислым вкусом и мажущейся консистенцией.

2.2 Описание схемы автоматизации

Схема автоматизации управления технологическим процессом стерилизации включает в себя контур управления давлением в автоклаве. Управление давлением в автоклаве осуществляется по закону П - регулирования, по средствам измерителя ПИД - регулятора, с обнуленными интегральной и дифференциальной составляющими соответственно.

Для измерения давления в автоклаве установлен преобразователь давления (поз. 1-1), который преобразует измеряемое давление в электрический сигнал. Этот сигнал фиксируется терморегулятором (поз. 1-2), установленным на щите управления, регулятор в свою очередь при отклонении давления от заданного режима формирует управляющее воздействие, посредством которого осуществляется управление электромагнитным приводом запорно-регулирующего клапана (поз. 1-3).

Для контроля температуры продукта в автоклаве установлена термопара (поз.2-1), которая преобразует измеряемую температуру в электрический сигнал.Этот сигнал фиксируется измерителем-регулятором, установленным на щите.

2.3 Выбор и обоснование средств контроля и регулирования

Поз. 1-1 - Преобразователи ОВЕН ПД200-ДИ предназначены для непрерывного преобразования избыточного давления измеряемой среды в унифицированный сигнал постоянного тока 4…20 мА и цифровой сигнал стандарта HART.

Рекомендуются к применению в сфере ЖКХ, энергетике, металлургии, химической и пищевой промышленности.

Преобразователи представлены моделью ОВЕН ПД200-ДИ Х-315-0,1-2-Н

Данная модель представляет собой преобразователь с керамической ёмкостной измерительной мембраной из оксида алюминия (Al2O3), присоединительным штуцером М20х1,5 и металлическим кабельным вводом.

Основные функции преобразователя:

* ИЗМЕРЕНИЕ избыточного давления нейтральных к оксиду алюминия (Al2O3) сред (воздух, пар, различные жидкости)

* ПРЕОБРАЗОВАНИЕ давления в унифицированный сигнал постоянного тока 4...20 мА и HART-протокол

* ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ измеряемого давления (ВПИ) - ряд значений от 0,004 до 7 МПа

* ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ СПОСОБНОСТЬ - ДЕСЯТИКРАТНАЯ от номинала сенсора

* КЛАСС ТОЧНОСТИ - 0 ,1

* СТЕПЕНЬ ЗАЩИТЫ корпуса датчика давления - IP65

* ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ удовлетворяют требованиям к оборудованию класса А по ГОСТ Р 51522

Поз. 1-2 - Терморегулятор ОВЕН ТРМ10 предназначен для измерения температуры или другой физической величины (веса, давления, влажности и т. п.), импульсного или аналогового управления нагрузкой по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону, а также для формирования дополнительного сигнала, который может быть использован для сигнализации о выходе параметра за установленные границы или для двухпозиционного регулирования.

Прибор ОВЕН ТРМ10 рекомендуется применять для управления объектами, обладающими повышенной инерционностью, где обычное двухпозиционное регулирование не обеспечивает необходимую точность. При использовании в качестве терморегулятора ОВЕН ТРМ10 может управлять как процессом нагрева, так и процессом охлаждения объекта.

1. Быстрые входы. Для унифицированных сигналов тока (0…5, 0…20, 4…20мА) и напряжения (0…1В, -50…+50мВ) период опроса входа составляет 0.1сек. Это позволяет использовать ТРМ10 для измерения высоко динамичных видов сигналов, например давления;

2. Съемный клеммник. Новый корпус прибора Щ11 имеет съёмный клеммник, что существенно облегчает монтаж\демонтаж прибора при установке, проведении сервисных работ, метрологической поверки и т.д.;

3. Универсальный источник питания. Позволяет запитывать прибор как от источника переменного напряжения 90…264В (номинал 220В), так и от источника постоянного напряжения 20…375В (номинал 24В).

Поз.1-3 - Автоматический запорно-регулирующий односидельный гидроклапан (КЗР) для управления тепловодосистемами

Гидроклапан применяется при разработке проектов, а также при реконструкции и ремонте действующих РТС, КТС, ЦТП, ИТП, вентиляционных систем, тепловых сетей и других смежных объектов для автоматического регулирования тепловых процессов путем изменения пропускной способности клапана.

Основные характеристики

* Диапазон рабочей температуры теплоносителя (вода, нас. пар) - от +5 до 425 °С

* Рабочее давление в теплосети - Рр = 1,6; 2,5; 4,0 МПа (16, 25, 40 кгс/см2)

* Тип привода - электромеханический (Uпит. однофазное 220 В, 50 Гц)

Поз. 2-1- термопары со встроенным нормирующим преобразователем ДТС-И, ДТП-И

По сравнению с продуктами других заводов датчики ОВЕН имеет ряд достоинств:

* высокая точность;

* датчики ОВЕН внесены в реестр средств измерений РФ;

* высокая разрешающая способность. Дискретность выходного сигнала 4…20мА составляет не более 8мкА;

* высокая надежность. Датчики ОВЕН с выходным сигналом 4…20мА сооветствует требованиям ГОСТ по электромагнитной совместимости с критерием качества функционирования А;

* высокая временная стабильность;

* широкий диапазон рабочих температур окружающий среды: -40…+85оС.

* Классы допусков: 1, 2, 3;

* Степень защиты от пыли и влаги:

* IP54, IP65 (для исполнений с соединительной головкой);

* IP5Х (для исполнений без соединительной головки);

* Климатическое исполнение -- группа исполнений Д2 (-50...+100 °С);

Поз 2-2- Измеритель-регулятор одноканальный ОВЕН ТРМ1. Терморегулятор

1. Быстрые входы. Для унифицированных сигналов тока (0…5, 0…20, 4…20мА) и напряжения (0…1В, -50…+50мВ) период опроса входа составляет 0.1сек. Это позволяет использовать ТРМ1 для измерения высоко динамичных видов сигналов, например давления;

2. Съемный клеммник. Новый корпус прибора Щ11 имеет съёмный клеммник, что существенно облегчает монтаж\демонтаж прибора при установке, проведении сервисных работ, метрологической поверки и т.д.;

3. Универсальный источник питания. Позволяет запитывать прибор как от источника переменного напряжения 90…264В (номинал 220В), так и от источника постоянного напряжения 20…375В (номинал 24В).

Терморегулятор ОВЕН ТРМ 1 предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т. п.).

Заключение

Автоматизация производства - процесс, при котором функции управления и контроля, передаются приборам и автоматическим устройствам.

В данной курсовой работе была разработана схема автоматизации управления технологическим процессом стерилизации, которая включает в себя контур управления давлением в автоклаве и контроля температуры продукта. Была произведена проверка устойчивости системы по алгебраическому критерию устойчивости Гурвица и частотному критерию устойчивости Михайлова. Так как оба метода показали одинаковые результаты, то можно сделать вывод о том, что система является устойчивой.

Главная цель автоматизации производства заключается в повышении производительности труда, улучшения качества выпускаемой продукции, создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.

Широкое применение автоматизированных систем управления обуславливается значительным экономическим эффектом, который достигается благодаря: уменьшение потерь ценных продуктов, снижение трудоемкости процессов производства, повышению культуры производства.

Таким образом, автоматизация производства консервных продуктов направлена на повышение эффективности производства и обеспечение высокого качества выпускаемой продукции.

Список литературы

1. Задание и методическое пособие на курсовую работу по курсу «Автоматика и автоматизация производственных процессов», под редакцией В.И. Пугачева, Краснодар, издательство КПП, 1989г.

2. Учебное пособие студентов ВУЗов «Автоматика и автоматизация пищевых производств», М.М. Благовещенская, Москва, ВО «АГРОПРОМИЗДАТ», 1991г.

3. « Технология консервирования плодов и овощей», А.ФЗагибалов, А.С.Зверькова, Коллектив авторов,1992г.

Размещено на Allbest.ru

...