Автоматизовані системи управління технологічними процесами виробництва сиру

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Сир завжди був популярним продуктом серед населення.

На сьогодні сири також не втратили своєї актуальності, ну звісно ж, адже тема здорового харчування турбує людство на протязі багатьох років, а учені прийшли до висновку, що в районах з високим рівнем споживання сиру - менший рівень серцево-судинних захворювань. Наприклад, у Великобританії рівень смертності від серцево-судинних захворювань у три рази вище, ніж у Франції, а рівень споживання сиру - саме в три рази менше.

Сир - це натуральний молочно-білковий продукт, один з найцінніших молочних продуктів і продуктів харчування взагалі. Тому не дивно, що операції з переправленням його за кордони країн є досить поширеними. Українські фірми-виробники сирів також активно функціонують на міжнародних ринках, але для ефективного функціонування на міжнародному ринку підприємства повинні володіти достовірною й адекватною інформацією про стан і динаміку попиту та пропозиції на конкурентному товарному ринку. Системний підхід, який використаний у моїй роботі, до вивчення ринку сирів в Україні з метою виявлення найбільш актуальних і характерних чинників, які впливають на зміни його у бажаному напрямку дасть можливість запропонувати відповідні рекомендації, які сприятимуть одержанню певного позитивного ефекту.

Сир- один із найпоживніших продуктів. У його склад входять усі необхідні людині речовини : білки, жири, вуглеводи, вітаміни, мінеральні солі, причому ці елементи в складі сиру засвоюються організмом майже цілком. За своєю поживністю сир значно перевищує м'ясо, рибу, яйця і хліб.

Світовий асортимент натуральних сичугових сирів нараховує кілька сотень найменувань. На сьогодні відсутня їх чітка класифікація. Проте, існує кілька головних видів сиру - тверді (швейцарський, голандський і ін.), м'які (любительський , рокфорі ін.)

Основною сировиною в сироварінні є коров'яче молоко, хоча для виготовлення деяких видів (бринзи, рокфору) можна застосовувати й овече молоко. енергоресурс автоматизація контроль виробництво

Якість сиру залежить від якості молока в набагато більшому ступені, ніж будь-якого іншого молочного продукту. У сир можна переробляти молоко тільки 1-го сорту. Крім того, у сироварінні висувають специфічні умови, повязані з його здатністю до сичугового згортання, біологічною повноцінністю та ін.



1.АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

1.1 Опис схеми технологічного процесу

Процес підтримання температурно - вологістного режиму в сиросховищі підтримується за допомогою роботи кондиціонера . Робота кондиціонера регулюється по таких каналах: температура - регулювання температури в приміщенні сиросховища; вологість - регулювання вологісного режиму в приміщенні; тиск - сигналізація засмічення фільтра

Повітря затягується вентилятором, проходить через фільтр, нагрівник, форсункову камеру, охолоджувач і потрапляє за допомогою вентилятора в зовнішні простір сиросховища де потрібно підтримувати температурно - вологістний режим.

Робота кондиціонера заснована на автоматичному підтриманні температурно-вологістного режиму в складському приміщенні. Повітря проходить через фільтр, де очищується від сміття та пилу. Очищене повітря потрапляє в простір кондиціонера де, при необхідності, підігрівається, зволожується, охолоджується. Підігрівання повітря здійснюється за допомогою теплообмінника, підігрів здійснюється за допомогою пари, яка поступає на кондиціонер з технологічного обладнання інших цехів. Зволоження виконується за допомогою форсункової камери, за допомогою насоса подається вода яка зволожує повітря за допомогою форсунок, які розбризкують рідину. Підігріте зволожене повітря проходить через бризговідділювач, на даному етапі виконується відділення від повітря крапель води. Після проходження бризговідділювача повітря проходить в теплообмінник де, при необхідності, виконується охолодження повітря. Кінцевим етапом кондиціонування повітря буде викид зволоженого, підігрітого або охолодженого повітря в атмосферне середовище приміщення, в якому потрібне регулювання параметрів температури і вологості. Також в кондиціонері передбачена сигналізація засмічення фільтра, яка дає змогу оприділити продуктивність роботи яка напряму залежить від стану фільтра на вході кондиціонера.

1.2 Типи та характеристики технологічного обладнання об'єкта

Кондиціонер складається із обладнання за допомогою якого виконується кондиціонування повітря : теплообмінники -для підігріву , охолодження повітря. Форсункова камера - для зволоження повітря використовуються форсунки які розпилюють воду. Вентилятор - за допомогою якого виконується рух повітря через кондиціонер , та вихід кондиціонованого повітря в приміщення сиросховища.

Теплообмін відбувається за допомогою теплообмінників типу конденсатор, рис.1.1, в які подається рідина для нагрівання (охолодження), а теплообмін виконується при проходженні повітря через теплообмінник і взаємодії з середовищем в конденсаторі. Повітря охолоджується за допомогою конденсатора, в який подається проміжний холодоагент від центральної системи охолодження, з температурою розсолу не менше -3 ⁰С. Нагрівання виконується теплообмінником типу конденсатор , в який подається гаряча вода або водяна пара температурою 85⁰С

Зволоження виконується за допомогою форсункової камери , яка складається з колектора та форсунок. Колектор призначений для подачі на всі форсунки зволожуючої рідини . Форсунки призначені для розпилювання води на як можна менші краплі, великі краплі води не доходячи до охолодження залишаються на бризговідділювачі.

Також в системі кондиціонера передбачене фільтрування повітря , функцію фільтрування виконує два фільтри : фільтр грубої очистки - призначений для очищення повітря від крупних механічних домішок. Фільтр тонкої очистки - призначений для фільтрування повітря від мілких домішок, які не вдалось ліквідувати за допомогою грубої очистки, та пилу.

Кондиціонер має сигналізацію забиття фільтрів , коли сигналізація спрацьовує , потрібно проводити заміну фільтруючих елементів або виконувати їх очистку .

Рис.1.1- теплообмінник типу конденсатор

1.3 Аналіз особливостей об'єкта та технологічних середовищ

Система кондиціонування до складу якої входить кондиціонер, як об'єкт автоматизації, має ряд властивостей які ускладнюють завдання побудови автоматичних систем регулювання:постійна часу запізнення і чисте запізнення по каналах регулювання температури та вологості.

1.4 Параметри контролю, регулювання, сигналізації

Для даного технологічного процесу регулюванню підлягають:

- Температура в приміщенні сиросховища. Даний процес є важливим, тому, що при зберіганні сирних мас потрібно підтримувати оптимальний температурний режим, для кращого зберігання сирних мас, а також для оптимального проходження процесу визрівання сирів.

- Вологість в приміщенні сиросховища. Даний параметр потрібно витримувати в приміщенні, так як від відносної вологості залежить якість продукції яка зберігається, знаходиться на стадії визрівання. Параметр не менш важливий ніж підтримання температури.

- Індикація (сигналізація) засмічення фільтрів. Сигналізація засмічення є досить важливим параметром, оскільки від ступеню засмічення фільтрів напряму залежить продуктивність кондиціонера. Також сигналізація попереджує про небезпеку виходу з ладу елементів кондиціонера.

Висновок: після аналізу технологічного процесу можна сказати, що процес є доволі простим , легко піддається автоматизації. Основними параметрами є регулювання температури та вологості, адже ці параметри забезпечують якість продукції. Головним завданням є точне підтримання температурно-вологісного режиму.



2. ОСНОВНІ РІШЕННЯ ПО АВТОМАТИЗАЦІЇ ОБ'ЄКТА

2.1 Формулювання завдань автоматизації об'єкта

Завдання для автоматизації: розробити систему, яка могла б забезпечувати контроль та регулювання основних параметрів сиросховища.

Основною метою автоматизації є:

- спрощення роботи людини.

- Підтримання високої точності регульованих параметрів.

- Зменшення затрат на енергоресурси.

Параметри температури та вологості можна підтримувати автоматично, для цього необхідно розробити систему, яка буде забезпечувати виконання функцій автоматичного регулювання.

1. Регулювання температури здійснюється за допомогою виконання функції теплообміну між конденсаторами та повітрям.

2. Регулювання вологості виконується подачею зволожуючої рідини яка подається в форсункову камеру.

2.2 Вибір схеми автоматизації на підставі аналізу типових рішень

Установки кондиціонування повітря використовуються на підприємствах з метою створення нормальних умов роботи техніки та людей, в виробничих приміщеннях - для проведення технологічних процесів, зберігання сировини, готової продукції.

Для даного проекту використана, за основу, схема кондиціонера, рис2



Рис.2.1 - Схема автоматизації кондиціонера (базова).

2.3 Обґрунтування вибору приладів і засобів автоматизації

Схема автоматизації кондиціонера складається із:

1. Двох контурів регулювання.

2. Системи сигналізації.

В контурі регулювання температури використовується: термоперетворювач опору ТСП 50П, регулятор мікропроцесорний МТР-44 та електромагнітні клапани. Дані засоби дають змогу виконувати функцію регулювання температури в автоматичному режимі.

Другий контур, регулювання вологості, складається із датчика вологості ДВТ-02И, мікропроцесорного регулятора МИК-2, електромагнітного клапана, яким регулюється подача рідини на форсунки.

Датчик вологості ДВТ-02И



Рис.2.2 Датчик вологості та температури ДВТ-02И(загальний вигляд).

ДВТ-02И призначені для перетворення відносної вологості і температури повітря в уніфіковані струмові сигнали 4 .. 20 мА, а також для індикації відносної вологості і температури на вбудованому рідкокристалічному цифровому індикаторі. Датчик ДВТ-02И.М з додатковим фільтром призначений для використання там, де в повітрі можуть бути присутні агресивні речовини, а також можлива короткочасна конденсація вологи

Рис.2.3 - Зовнішній вигляд датчика відносної вологості і температури з індикацією ДВТ-02И (при знятій верхній кришці)

Датчик живиться напругою 12-30В. Виміряні значення відносної вологості і температури перетворюються в уніфіковані струмові сигнали 4-20 мА, для передачі на віддалені прилади контролю, і відображаються на цифровому індикаторі датчика.

Мікропроцесорний терморегулятор МТР-44

- Програмний регулятор вологості, температури, різниці температур і інших параметрів.

- Призначений для роботи по заданій користувачем програмі, підтримки температурно-вологісних режимів різних об'єктів.

- Призначений для управління процесом нагріву (охолодження) в печах, термопластавтоматах, процесами підтримки вологості, управління процесами варіння, копчення і другом технологічному обладнанні

- Регулятори призначені для автономного та комплексного використання в АСУТП в енергетиці, металургії, хімічної, харчової та інших галузях промисловості і народному господарстві.

Область застосування

- Системи промислової автоматики.

- Дистанційні пристрої зв'язку з об'єктом з індикацією.

- Територіально розподілені і локальні системи управління.

- Віддалений збір даних, диспетчерський контроль, управління виробництвом.

Функціональні можливості

МТР-44-15:

- Робота з датчиками, що мають уніфікований вихідний сигнал постійного струму або напруги

- Схема підключення уніфікованих входів 2-х провідна

- Робота з датчиками термоперетворювачами опору. Широкий діапазон вимірюваних температур ТСМ: -50 ... 200 є С, ТСП: -60 ... 750? З

- Сумісність з більшістю термоперетворювачів, підключаються по 3-х провідної схемою ТСМ (50М, 100М, гр.23), ТСП (50П, 100П, гр.21)

- Вимірювання, контроль і автоматичне регулювання восьми вхідних технологічних параметрів

- Функція виміру й регулювання вологості за заданою програмою. Обчислення додаткових функцій: різниця температур

- До 4-х програмних задатчика (1х38, 2х25, 3х19, 4х15 етапів максимум)

- Два ПІД регулятора-імпульсних або ШИМ

- Вбудовані таймери для управління різним технологічним обладнанням: нагрівачами, системами охолодження та ін.

- Управління виконавчими механізмами по ПІД закону або 2-х позиційному закону

- Прилад ручного управління двохпозиційної та імпульсної навантаженням, з індикацією задають впливів

- Кожен канал терморегулятора МТР-44 може бути налаштований на підключення будь-якого типу датчика для відповідної моделі

- Масштабування шкал вимірюваних параметрів в довільних технологічних одиницях

- Вхідний цифровий фільтр аналогових входів від впливу шумів. Постійна часу цифрового фільтра є програмованим параметром

- Моніторинг та сигналізація справності датчиків, ліній зв'язку або вимірювального каналу

- Програмована функція безпечного управління вихідними пристроями регулятора при відмовах датчиків, ліній зв'язку або вимірювального каналу

- Вибір і конфігурація структури для будь-якого каналів регулятора - ПІД-шим або 2-х позиційний, 3-х позиційний.

- Вільно програмовані вихідні пристрої. Програмована логіка роботи вихідних пристроїв

- Цифрове калібрування початку шкали і діапазону вимірювання

- Завдання і технологічна сигналізація відхилення від уставок мінімум і максимум по кожному каналу

- Перемикання каналів: ручне (оператором), автоматичне

- Технологія оптичної ізоляції забезпечує трирівневу (по входу, виходу і живленню) гальванічну розв'язку з напругою ізоляції до 1000В

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованого зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS-485, протокол ModBus (збір інформації, конфігурація)

- Кількість приладів в мережі RS-485: до 255

- Клемних-блокові з'єднувачі забезпечують легкість і надійність підключення джерел сигналів

Технічні характеристики

- Кількість каналів вимірювання та керування: 8

- Гальванічна ізоляція групова: трирівнева (по входу, виходу, живленню)

- Період виміру: не більше 0,2 сек.

- Період оновлення інформації на дисплеї: не більше 0,5 сек.

- Вхідні аналогові сигнали: 0-5мА (Rвх = 400 Ом), 0 (4) -20 мА (Rвх = 100 Ом), 0-10В (Rвх> 25кОм)

- Вхідні сигнали від термоперетворювачів опору ТСП 50П, 100П,

ТСМ 50М, 100М.

- Основна приведена похибка вимірювання: ± 0,2%.

- Придушення перешкоди загального вигляду: 85 дБ .

- Роздільна здатність цифрової індикації: ± 0,01%.

- Кількість розрядів цифрового індикатора (параметр): 4.

- Висота цифр світлодіодних індикаторів: 10 мм (параметр).

- Дискретних виходу: транзистор ОК 40В 100мА або реле 220В 8А. (залежно від замовлення комплекту клемно-блочних з'єднань).

- Температура навколишнього середовища: від -40 ° С до +70 ° С

- Напруга живлення: від мережі змінного струму ~ (220 ± 22) В, (50 ± 1) Гц

- Споживана потужність: не більше 8,5 Вт.

- Корпус (ВхШхГ): щитової 96х96х185 мм DIN43700, IP30. Монтажна глибина: 190 мм.

- Маса блоку: не більше 1,1 кг.

Мікропроцесорний регулятор МИК-2

Універсальний двоканальний вимірювач-регулятор

- Регулятори призначені для автономного та комплексного використання в АСУТП в енергетиці, металургії, хімічної, харчової та інших галузях промисловості і народному господарстві.

- Вимірювання, контроль і автоматичне регулювання двох вхідних технологічних параметрів (температура, тиск, витрата, рівень, тощо)

- Контури автоматичного регулювання з керуванням від ЕОМ

Область застосування

- Системи автоматичного регулювання різних технологічних параметрів

- Дистанційні пристрої зв'язку з об'єктом | з індикацією

- Територіально розподілені і локальні системи управління

- Віддалений збір даних, диспетчерський контроль, управління виробництвом.

Функціональні можливості

- Робота з уніфікованими сигналами у всіх моделях

- Робота з уніфікованими сигналами і термоперетворювачами опору ТСП 50П, 100П, ТСМ 50М, 100М, діапазон вимірюваних температур від -50 ° С до +650 ° С - тільки в моделі МІК-2-02

- Режим вимірювача-індикатора двох технологічних параметрів

- Вибір і конфігурація структури для кожного з каналів регулятора: 2-х позиційний, 3-х позиційний або П, ПІ, ПД, ПІД-регулювання з імпульсним виходом

- Пряме, зворотне регулювання, всі регулятори мають режим ручного управління

- Цифрове калібрування початку шкали і діапазону вимірювання

- Масштабування шкал вимірюваних параметрів в довільних технологічних одиницях

- Завдання і технологічна сигналізація відхилення від уставок мінімум і максимум по кожному каналу

- Вхідний цифровий фільтр аналогових входів від впливу шумів. Постійна часу цифрового фільтра є програмованим параметром

- Технологія оптичної ізоляції забезпечує трирівневу (по входу, виходу і живленню) гальванічну розв'язку з напругою ізоляції до 1000В. Гальванічна ізоляція забезпечує високу точність і стабільність операцій введення-виведення, забезпечує високе співвідношення сигнал / шум і захист від перешкод в промислових умовах

- Добування квадратного кореня (вимірювання і регулювання витрати по перепаду тиску), тільки в моделі МІК-2-01

- Конфігурування параметрів інтегральних виконавчих механізмів постійної швидкості: час механізму Тм, мінімальна тривалість імпульсу Кмин

- Збереження параметрів при відключенні живлення

- Захист від несанкціонованого зміни параметрів

- Гальванічно розділений інтерфейс RS-485, протокол ModBus (збір інформації, конфігурація)

- Кількість приладів в мережі RS-485: до 255

- Клемно-блочні зєднання забезпечують легкість і надійність підключення джерел сигналів.

2.4 Розробка проектної документації

2.4.1 Розробка схеми автоматизації та її опис

Автоматична система керування кондиціонера складається:

Контур регулювання температури - дані про температуру надходять на термоопір 1а, якій при зміні температури змінює провідність. Далі сигнал поступає на мікропроцесорний регулятор МТР-44, який в свою чергу, в залежності від стану температури, створює регулюючу дію і подає сигнал на електромагнітні клапани 1г, 1д.

Контур регулювання вологості - датчик 2б, ДТВ-02И , сприймає сигнал про стан вологості та перетворює його в електричний сигнал і подає на мікропроцесорний регулятор 2в, МИК-2. Регулятор, в залежності від прийнятого сигналу від датчика, створю регулюючу дію на електромагнітний клапан, за допомогою якого регулюється подача зволожуючої рідини.

Система сигналізації - сигнал про стан фільтрів сприймається за допомогою датчика 3а, подається на індикатор технологічний 3б, ИТМ-11. Індикатор в сою чергу, при необхідності, включає схему сигналізації. Коли схема сигналізації ввімкнена, це свідчить про засмічення фільтруючих елементів.

2.4.2 Розробка принципових схем та їх опис

Принципові електричні схеми призначенні для повного відображення взаємозв'язків пристроїв з урахуванням принципів їх дії і послідовності роботи. На принципових електричних схемах електричні елементи зображують за допомогою умовних позначень, а також вказують лінії зв'язків між ними, блоками та модулями. На схемі, також, розміщується наступна інформація: умовне зображення принципу роботи функціональних вузлів, пояснювальні написи, частини окремих елементів, діаграми переключення контактів, а також перелік використовуваних в даній схемі пристроїв.

В даному проекті розроблена схема принципова для управління кондиціонером. Аркуш містить: схему регулювання температури в приміщенні сиросховища, схему регулювання вологості в приміщенні, схему сигналізації засмічення фільтруючих елементів, схему керування електроприводом.

Схема регулювання температури складається із таких елементів: мікропроцесорний регулятор МТР-44 який виконує функцію регулювання температурою, за допомогою датчиків та виконавчих механізмів. МТР-44 містить клемно-блочне зєднанн'я, за допомогою якого виконується підключення всіх модулів та блоків. На регулятор сигнал про стан температури поступає із термоперетворювача опору, після сприйняття сигналу з датчика регулятор порівнює сигнал із завданням, при необхідності подає регулюючу дію на виконавчий механізм, за допомогою якого виконується регулювання температури подачею пари на теплообмінник. В даному контурі використано такі пристрої: датчик (термоопір)-Rt, мікропроцесорний регулятор МТР-44, виконавчий механізм

МЭО 40/10-0,25. При розробці проекту було використано регулятор з ПІД законом регулювання.

Контур регулювання вологості містить мікропроцесорний регулятор МІК-2, датчик вологості ДВТ-02И, виконавчий механізм типу МЭО. Сигнал про стан вологості надходить на аналоговий вхід регулятора, після чого сприймається і порівнюється із завданням, в залежності від різниці параметру із датчика і параметру завдання, регулятор виробляє виконавчу дію яку сприймає виконавчий механізм типу МЭО, за допомогою виконавчого механізму виконується регулювання вологості. Виконавчий механізм регулює положення заслонки, за допомогою чого виконується регулювання подачі пари.

Схема сигналізації складається із системи, виконаної на релейних елементах, та схеми індикації на мікропроцесорному індикаторі, який в свою чергу має релейний вихід. Сигнал про стан тиску сприймається за допомогою датчика типу САПФІР 22-ДД, за допомогою якого сигнал від тиску перетворюється в уніфікований сигнал струму(4-20мА). Сигнал сприйнятий від датчика подається на мікропроцесорний індикатор ИТМ-11. За допомогою індикатора можна спостерігати, візуально, про стан фільтрів. Також при досягненні критичних значень дискретний вихід індикатора спрацьовує та замикає контакт в схемі сигналізації Р1, вмикається світлова та звукова сигналізація, яка складена на релейних елементах.

Схема сигналізації одного параметру виконує функцію сигналізації про вихід параметру за межі. Схема складається із лампи НL1, яка виконує функцію індикації контролю напруги, резистора R1, функція якого- обмеження струму на лампу сигналізації HL1. Кнопка SB1 призначена для контрольного ввімкнення схеми сигналізації з панелі оператора. Кнопка SB2 призначена для відключення (лише) звукової сигналізації. Реле електромагнітне призначене для відключення звукової сигналізації. Кнопка SB2 має блокуючий контакт K1:1, який слугує для утримання реле в положенні після відпускання кнопки SB2. Контакт К1:2 нормально замкнутий в колі живлення дзвінка. Дзвінок НА слугує для слухового сприйняття людиною про вихід параметру за границі. Контакт Р1- контакт виведений із індикатора мікропроцесорного, служить для включення схеми при виході параметру із заданого значення. Лампа НL2 - лампа за допомогою якої оператор візуально сприймає стан сигналізації параметру.

При виході параметру із заданого значення замикається контакт Р1, живлення отримує звукова та світлова сигналізація. При нормалізації параметру сигналізація продовжує працювати і переривається лиш після нажаття кнопки SB2, світлова сигналізація продовжує працювати до моменту розімкнення контакту Р1, який являється релейним виходом мікропроцесорного індикатора. Перед початком роботи, періодично, потрібно перевірити здатність до повного функціонування схеми, перевірка схеми виконується за допомогою кнопки SB1. Світлова сигналізація відключається лише при розриванні контакту Р1, тобто при зміні значення параметру.

Схема управління електроприводом вентилятора.

Схема виконує управління трифазним асинхронним двигуном який являється приводом для вентилятора. Схема складається працює наступним чином. При натисканні кнопки SB2 спрацьовує пускач КМ1 і замикаються контакти пускача, разом з тим блокується контактом КМ1:1 кнопка SB2, починає працювати електропривод. Також схема має включення двигуна реверсом, при нажаті кнопки SB3 спрацьовує пускач КМ2, замикаються контакти пускача, на якому є перекинуті дві фази, та блокується кнопка SB3 контактом, КМ2:1 двигун обертається в іншу сторону. Схема передбачає захист від теплового перевантаження за допомогою контактів теплового реле, захист від одночасного ввімкнення приводу в обох напрямках: в колі правого обертання є розмикаючий контакт магнітного пускача КМ2, який запобігає включенню приводу в реверс при роботі. Для зупинки електроприводу потрібно натиснути кнопку SB1, яка розімкне коло живлення схеми управління електроприводу, при натисканні кнопки розмикається коло живлення електроприводу, знеструмлюються обмотки електромагнітних пускачів та розмикаються всі контакти магнітних пускачів.

Висновок: при розробці схем було використано сучасні мікропроцесорні регулятори фірми «МІКРОЛ», які забезпечують підтримання параметрів з високою точністю, використовувалися схеми живлення, сигналізації, управління електроприводами.



3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

3.1 Розрахунок регулюючого органу АСР (ПАРА)

Розраховуємо регулюючий орган автоматичної системи регулювання температури в приміщенні сиросховища.

Похідні дані для розрахунку:

Максимальні витрати пари G_max = 6000 кг/год;

Мінімальні витрати пари G_min = 3000 кг/год;

Тиск пари в магістралі Р₀ = 0,5 мПа;

Тиск в конденсаторі Р_де = 0,02 мПа;

Температура пари Т = 210⁰С;

Внутрішній діаметр паропровода D=100 мм.

Паропровід має поворот під кутом 90⁰ з радіусом 0,7м; різниця висот початкової та кінцевої ділянки мережі Дh =-10,7м.

Розрахунок (за методикою [13])

1. З фізичних таблиць для водяної пари при Р_о=0,5 мПа і Т = 210⁰С знаходимо:

динамічну в'язкість r =1,68 * 10^-6 кг*С * с/м²,

показник адіабати ж =1,31,

густина пару с_пар = 2,25 кг/м³_.

2. Визначаємо гідростатичний напір, який відповідає різниці рівнів верхньої та нижньої відміток трубопровода:

ДР_г = Дh * с_пар,

де ДР_г - гідростатичний напір, мПа;

Дh - різниця рівнів верхньої та нижньої відміток трубопроводу, м;

с_пар -густина пари, кг/м³.

ДР_г = -10,7 * 2,25 = -24 кгС/м² = -0,00024 мПа

Перепад тиску в мережі:

ДР_мережі = Р_о - Р_п - ДР_г ,

де Р_о - тиск пари в магістралі, мПа;

Р_п - тиск пари в пастеризаторі, мПа;

ДР_г - гідростатичний напір, мПа.

ДР_мережі = 0,5 - 0,02 + 0,00024 = 0,48 мПа

Визначаємо число Рейнольда при G_max по формулі [13, табл. 6.6, с. 270]:

Re_д = 36,1 * 10^-3 * G_max / (Дr),

де G_max -максимальні витрати пари, кг/год;

Д- внутрішній діаметр труби, мм;

r - динамічна в'язкість, кгС * С/м².

Re_д = 36,1 * 10^-3 * 6000 / (100 * 1,68 * 10^-6) = 2,7 * 10⁵

Визначаємо умову гідравлічної гладкості трубопроводу [13, табл. 6.7, с.270]:

Re_д < 27 * (Д/n₁)^8/7,

де n₁ - шороховатість трубопроводу, мм;

n₁ = 0,1 мм [13, табл. 6.9, с. 272].

Re_д = 2,7 * 10⁵

27 * (Д/n₁)^8/7 = 27 * (250/0,1) )^8/7 = 1,1 * 10⁵,

Re_д > 27 * (Д/n₁)^8/7,

тому трубопровід не є гідравлічно гладким і коефіцієнт тертя визначається в залежності від Re_д і Д/n₁ [13, рис. 6.21, с.275].

При Д/n₁ = 1000 і Re_д = 2,7* 10⁵ коефіцієнт тертя л = 0,016.

Загальна довжина паропроводу

L = 10 + 7,6 + 2,5 + 0,75 + 3 (2р/4) *0,7 = 24,15 м

Знаходимо середню швидкість в паропроводі при максимальних витратах:

V_max = 4G_max/срD²,

де G_max - максимальні масові витрати пари, часи, кг/с,

D - внутрішній діаметр трубопровода, м.

V_max = 4* 6000 /(2,25* 3,14* 0,1² *3600) = 94,4 м/с

Знаходимо витрати тиску на прямих ділянках трубопроводу

ДР_пр = л * с_пар* L*V²/(2D),

ДР_пр = 0,016 * 2,25 * 24,15 * 94,4²/0,1 = 0,00041 мПа

Визначаємо втрати тиску у місцевих опорах трубопроводу:

де ж_і -коефіцієнт місцевих гідравлічних опорів.

По [10, табл. 6.8, табл. 6.10, с.271-275] визначаємо: для поворотів під кутом 90⁰ ж₉₀ =0,66.

ДР_м = 0,66 * 2,25 * 94,4²/2 = 0,066 МПа

Загальні втрати тиску в лінії:

ДР_л = ДР_пр + ДР_м,

де ДР_пр - втрати тиску на прямих ділянках, МПа;

ДР_м- втрати тиску на місцевих опорах, МПа;

ДР_л = 0,00041 + 0,066 = 0,06641 МПа

3. Визначаємо перепад тиску в регулюючому органі при максимальних витратах пари;

ДР_{ро max} = ДР_мережі - ДР_л

ДР_{ро max} = 0,48 - 0,06641 = 0,41369 МПа

4. Оскільки ДР_ро > Р_о/2, 0,4137 >0,5/2, то режим течії пари є критичним, і максимальну перепускну здатність регулюючого органа визначаємо за формулою:

K_vmax = G_max/ 74 vс_пар1 *Р_о

де с_пар1 = с_пар = 2,25 кг/м³,

Р_о = 0,5 мПа

K_vmax = 6000 / 74 *v2,25 * 0,6 = 50 м³/год

5. Вибираємо діафрагмовий регулюючий орган з умовною пропускною здатністю

K_vy = 80 м³/год > 1,2 K_vmax = 70,8 м³/год

Діаметр умовного проходу регулюючого органу Dy = 80мм [13, табл. 6.11, с. 278-279].

6. Визначаємо відношення перепаду тиску в лінії до перепаду тиску на регулюючому органі при максимальних витратах:

ДР_л/ ДР_{ро max} = 0,066/0,4137 ? 0

7. Визначаємо максимальні витрати для вибраного регулюючого органу:

G^? _max = G_max *K_vy / K_vmax

G^? _max = 6000 * 80 /59 = 8135 кг/год

8. Визначаємо відносні значення витрат

м_max = G_max / G^? _max, м_min = G_min / G^? _min

м_max = 6000/8135 = 0.73 м_min = 3000/8135 = 0.30

9. Вибираємо діапазон переміщення затвора регулюючого органу при n=0:

- з лінійною характеристикою [13, рис. 6.16, с.266],

ДS = 0,79 - 0,24 = 0,55,

- рівнопроцентною характеристикою

ДS = 0,98 - 0,7 = 0,28.

10. Визначаємо максимальне і мінімальне значення коефіцієнта передачі

dм /dS для діапазону навантаження [13, рис. 6.19, рис. 6,20 с.267-268]:

для лінійної (dм /dS)_max = 1, (dм /dS)_min = 1;

для рівнопроцентної (dм /dS)_max = 2,8, (dм /dS)_min = 1,2;

Розраховуємо співвідношення (dм /dS) _min / (dм /dS)_max для лінійної 1/1= 1, для рівнопроцентної 1,2/2,8 = 0,42.

Це співвідношення більше для лінійної перепускної характеристики, тому вибираємо регулюючий орган з лінійною пропускною характеристикою.

3.2 Розрахунок забезпечення енергоресурсами системи автоматизації

Електричне живлення ~220В 50Гц на споживачі подається через автоматичні вимикачі SF. Для визначення загальної електричної енергії системою автоматизації і розрахунку складаємо таблицю.

При виборі автоматичних вимикачів необхідно, щоб номінальна напруга перевищувала або була рівною напрузі електричної мережі

А номінальний струм повинен бути не менший струму споживача який захищається І_н.ав>І_п

Струм електроприймача розраховуємо за формулою

I_ел.=P_спож./U_м

Де P-загальна споживана потужність електроприймача.

U-напруга мережі.

I-струм споживача.

Розраховані дані занесено до таблиці 3.2.1

За даних умов вибираємо тип автоматичних вимикачів захисту SF типу ВА47-29М, 1Р 6А

Таблиця 3.1- споживання електричної енергії системою автоматизаціїї

№ електро приймача	Назва електроприймача	Споживана потужність ВА	Струм електроприймача А	Позначення апарату захисту
1	Контроль напруги	20
2	Освітлення в щиті	100	0.45	SF2
3	МИК-2 позн(2в)	8.5	0.03	SF4
4	МТР-44(1б)	8.5	0.03	SF3
5	МЭО(1Г, 2Г,1Д)	240	1.09	SF7
6	ЭМИС-БРИЗ 90(Б.Ж.)	400	2.2	SF5
7	Введення напруги	1500	1.3	SF1

Висновок: в результаті розрахунку вибрано регулюючий орган діафрагмовий з K_vy =80 м³/год і Д_у = 80 мм з лінійною пропускною характеристикою. Під час розрахунку споживання електроенергії було вибрано апарати захисту SF1-SF7 типу ВА47-29М, 1Р 6А. загальна споживана потужність системи становить 1.5 кВА

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

4.1 Класифікація приміщень автоматизованої дільниці за категоріями пожежовибухобезпеки

За пожежною небезпекою згідно з ОНТП 24 - 86 приміщення сиросховища відносяться до категорії " В ", за Правилами улаштування електроустановок (ПУЕ) - до класу зони “П-2а”.

Усі працівники складу під час прийняття на роботу і в процесі праці повинні проходити протипожежний інструктаж та перевірку знань з питань пожежної безпеки.

Склад слід постійно тримати в чистоті і порядку. Тару, що вивільнюється, та інший пакувальний матеріал треба негайно прибирати зі складу в спеціально відведене для цього місце.

На зовнішньому боці дверей повинна бути вивішена інформаційна карта, що характеризує вибухопожежну та пожежну небезпеку товарів, речовин та матеріалів, їх кількість та заходи, яких слід вжити під час гасіння пожежі.

Не допускається знімати з дверей пристрої для самозачинення, фіксувати такі двері у відчиненому положенні, зберігати, у тому числі тимчасово, інвентар та різні матеріали у тамбурах виходів, у шафах (нішах) для інженерних комунікацій, зачиняти на замки та інші запори, що важко відчиняються зсередини, зовнішні евакуаційні двері у разі знаходження в будинку людей.

У разі необхідності встановлення на вікнах приміщень, де перебувають люди, гратів, останні повинні розкриватися, розсуватися або зніматися. Під час перебування в цих приміщеннях людей ґрати мають бути відчинені (зняті).

У складських приміщеннях на підлозі повинні бути нанесені граничні лінії складування матеріальних цінностей.

Освітлення складських приміщень допускається тільки електричне. Складування горючих матеріалів повинно бути не ближче 0.5 м до електросвітильників, 0.6 м - до сповіщувачів автоматичної пожежної сигналізації, не менше 0.2 м - до горючих будівельних конструкцій та 0.15 м - до приладів центрального водяного опалення.

У разі виявлення пошкоджень електромереж, вимикачів, розеток та інших електровиробів слід негайно вимкнути їх та вжити необхідних заходів щодо приведення у пожежобезпечний стан.

Евакуаційні шляхи, виходи та проходи необхідно постійно утримувати вільними, нічим не захаращувати. Центральний прохід повинен бути не менше ширини вхідних дверей, але і не менше 1.5 м, поздовжні проходи між стелажами - не менше 1 м, а прохід між торцями стелажів та стіною - не менше 0.8 м завширшки.

4.2 Правила експлуатації системи автоматизації і обов'язки персоналу при управлінні об'єктом

Система автоматизації повинна експлуатуватись відповідно до вимог технічної документації на прилади і засоби автоматизації заводів виробників. та у відповідності з вимогами технологічного процесу. В процесі експлуатації необхідно дотримуватись регламенту проведення технічного обслуговування та графіків планово - попереджувальних ремонтів. Забороняється проводити будь які експерименти з системою автоматизації, що приводять до порушення режимів роботи обладнання, працювати з використанням технічно несправних приладів та засобів автоматизації.

До робіт, що виконуються за розпорядженням протягом однієї зміни із зняттям напруги в електроустановках до 1000 В, належать: ремонт магнітних пускачів, пускових кнопок, автоматичних вимикачів, рубильників, реостатів, контакторів та подібної до них пускової та комутаційної апаратури за умови встановлення її поза щитами і збірками; ремонт окремо розташованих магнітних станції і блоків керування; заміна запобіжників; ремонт освітлювальної проводки; ремонт одиничних електроприймачів (електродвигунів, електрокалориферів тощо).

1. Зазначені роботи мають виконувати дві особи зі складу ремонтних працівників, один з яких повинен мати групу III, інший - групу II. В окремих випадках з відома працівника, що віддає розпорядження, допускається виконувати ці роботи одному ремонтному працівнику з групою III.

Обслуговування установок зовнішнього і внутрішнього освітлення, а також електроприймачів, підключених до групових ліній з захисними апаратами на номінальні струми до 20 А на території виробничого приміщення може проводитись спеціально закріпленими працівниками в порядку поточної експлуатації з повідомленням про місце, початок і закінчення робіт оперативними або адміністративно-технічними працівниками.

Організаційними заходами, які забезпечують безпеку робіт в порядку поточної експлуатації, є: визначення необхідності і можливості безпечного виконання робіт в порядку поточної експлуатації; складання і затвердження робіт, що виконуються в порядку поточної експлуатації, визначених вище, та додаткових робіт стосовно до місцевих умов із затвердженням цього переліку керівником; призначення виконавців (виконавця) робіт з групою з електробезпеки відповідно до характеру робіт, що виконуються.

Види робіт, які зазначені вище, є постійно дозволеними роботами, для виконання яких не вимагається оформлення будь-яких додаткових розпоряджень.

4.3 Вплив автоматизованого виробництва на персонал і навколишнє середовище

Живлення системи що проектується відбувається від трифазної промислової мережі напругою 380В з частотою 50Гц.

Робоче місце оператора знаходиться в цеху підприємства. На робочому місці знаходиться пульт керування. Оператор веде спостереження за технологічними показниками параметрів роботи і при необхідності може корегувати роботу об'єкту автоматизації. Згідно ГОСТ 12.0.003.-74 в приміщенні в якому знаходиться оператор існують такі небезпечні та шкідливі виробничі фактори.

Фізичні:

- незахищені елементи виробничого обладнання що рухаються;

- підвищена температура поверхні обладнання робочої зони;

- підвищена температура повітря робочої зони;

- підвищена вологість повітря;

- підвищений рівень вібрації;

-небезпечний рівень напруги в електричному колі, при замиканні якого через тіло людини може пройти струм;

-нестача природного освітлення;

психофізіологічні:

-нервово-психічні (монотонність праці).

Вимоги до параметрів мікроклімату в робочій зоні описані в ГОСТ 12.1.005 - 8.

Показниками, що характеризують мікроклімат є: температура повітря, відносна вологість, швидкість руху повітря, інтенсивність теплового випромінювання.

Категорія обслуговуючих робіт - не важкі. До них відносяться роботи пов'язані з ходою, переміщенням мілких (до 1 кг) предметів в положенні стоячи чи сидячи і потребуючі конкретного фізичного навантаження. Інтенсивність теплового випромінювання на працюючих надходить від нагрітих поверхонь технологічного обладнання, освітлюючих пристроїв. Інсоляції на постійних і непостійних робочих місцях не повинні перевищувати 36 Вт/м2 при опромінені 50% і 100 Вт/м2 при опроміненні не більше 25% поверхні тіла.

Потрібний стан повітряного середовища може бути забезпечений використанням окремих заходів, до основних з яких належать:

1. Механізація і автоматизація виробничих процесів, дистанційне керування ними;

2. Захист від джерел теплових випромінювань;

3. Встановлення вентиляції і опалення.

Правильне освітлення робочого місця полегшує працю робітника, знижує втомленість, підвищує продуктивність праці, знижає небезпеку виробничого травматизму.

Основним джерелом шуму в приміщенні є двигуни електроприводів агрегатів, приводів вентиляторів.

Для зменшення рівня шуму до допустимого застосовують мало шумні електродвигуни, установки, оснащення машин і установок засобами дистанційного керування автоматичного контролю. Шум понижують також встановленням кожухів, глушників, екранів; встановлення штучних поглиначів звуку, підбір звукоізолюючих огороджень, перекриттів.

Допустимий рівень звукового тиску в даному виробничому приміщенні при непостійному шумі складає 80 дБ А. Джерелами вібрацій можуть бути насоси. Причиною збудження вібрацій є зворотно-поступальний рух системи, неврівноважені обертові маси.

Основними гігієнічними характеристиками вібрації, які визначають її дію на людину, є середньо-квадратичні значення віброшвидкості чи її логарифмічні рівні. Систематична дія вібрації призводить до різних порушень здоров'я людини і може стати причиною вібраційної хвороби. загальна вібрація діє на нервову систему, серцево-судинну систему, порушується обмін речовин, виникає головний біль, порушується сон, знижується продуктивність праці. З метою виключення можливості виникнення вібраційної хвороби обмежують параметри вібрації робочих місць і поверхні контакту з руками працюючих згідно ГОСТ 12.1.012 -12.

Основними методами віброзахисту є зниження вібрації дією на джерело збудження; динамічне гасіння коливань і зміна конструктивних елементів установок.

Боротьба з вібрацією досягається вибором таких кінематичних і технологічних схем, при яких динамічні процеси, які викликані поштовхами, різкими прискореннями, були виключені чи гранично знижені. Динамічне гасіння вібрації відбувається частіше всього шляхом розміщення установок на фундаменти, масу яких визначають з розрахунку, щоб амплітуда коливань не перевищувала 0,1 - 0,2 мм.

В порядку поточної експлуатації можуть виконуватись: за розпорядженням протягом однієї зміни без зняття напруги віддалік від струмоведучих частин можуть виконувати такі роботи: прибирання приміщень щитів керування, за панелями релейної, вимірювальної та іншої апаратури (може виконувати працівник з групою II); ремонт освітлювальної апаратури і заміна ламп, розташованих поза камерою та комірками (в разі зняття напруги на дільниці освітлювальної мережі, на якій проводяться роботи); ремонт апаратури телефонного зв'язку; відновлювання написів на кожухах устаткування і огородження тощо.



Висновки

Після аналізу технологічного процесу можна сказати, що процес є доволі простим , легко піддається автоматизації. Основними параметрами є регулювання температури та вологості, адже ці параметри забезпечують якість продукції. Головним завданням є точне підтримання температурно-вологісного режиму.

При розробці функціональної схеми та схеми електричної принципової використовувалися мікропроцесорні регулятори, виконавчі механізми типу МЭО, система автоматизації побудована на підставі схеми рис.2.

При розробці системи виконано розрахунок регулюючого органу, розрахунок електроспоживання автоматичної системи.

Також при розробці проекту була врахована охорона праці так як це являється важливим аспектом при роботі, обслуговувані, ремонті системи. При недотриманні правил охорони праці є можливість поламки приладів та апаратів системи, а також фізичні пошкодження людини і навіль небезпека летального випадку.



Література

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А. С, Клюев, Б. В. Глазов, А. Х. Дубровский, А. А. Клюев; Под ред. А. С. Клюева. - М.: Энергоатомиздат, 1980. - 464 с.

2. Справочник проектировщика автоматизированных систем управления производственными процессами. (Под ред. Г.Л.Снялянского)-М.: Машиностроение. 1983 - 528 с.

3. ГОСТ 21.404-85. Автоматизация технологических процессов. Обозначения условных приборов и средств автоматизации в схемах. -М.: Стандартиздат.1985.

4. Стефани В.П. Основы построения АСУТП - М.: Энергия.1982 - 852 с.

5. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (справочник)./ Под ред. акад. Б.Б.Тимофеева.- К.: Технiка, 1983.-351 с., ил.

Размещено на Allbest.ru

...