Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В наше время, производство шоколада имеет достаточно большое значение. Практически на любой праздник актуально дарить шоколадные конфеты или просто плитку шоколада, да и многие десерты создаются с использованием шоколада и шоколадных масс.

Шоколад является отличным подарком, как для детей, так и для взрослых; все мы рады плитке вкусного, качественного шоколада, тающего во рту… Шоколад - радость для детей и для взрослых. Это - вещь, которую ВСЕ любят. У многих есть аллергия, но все равно они его любят и хотят очень сильно. А теперь давайте же рассмотрим что такое шоколад.

Шоколадная масса представляет собой тонкодисперсную смесь сахарной пудры, какао тертого, какао-масла и добавок. Однако если шоколад рассматривать его более углублённо-то он представляет собой продукт переработки бобов какао с сахаром, как без добавлений, так и с добавлением различных вкусовых и ароматических веществ. В зависимости от состава и качества обработки шоколад разделяется на следующие группы:

1) Шоколад натуральный без добавлений;

2) Шоколад с добавлениями.

Шоколад с добавлениями и без подразделяется на десертный и обыкновенный. Десертный шоколад от обыкновенного большим содержанием какао продуктов и меньшим содержанием сахара, а также более тонким измельчением.

Шоколад с добавлениями в зависимости от вводимых добавлений приготовляется нескольких видов а) молочный; б) ореховый; в) кофейный г) с фруктами и др.

В Украине имеется множество заводов по производству шоколадных масс (и в общем кондитерских изделий) такие как: «АВК», «Свiточ», «Киев Контi».И при приготовлении шоколада следует задумываться об улучшении его качеств таких как (Вкус, способность не вызывать аллергических реакций, ароматические свойства и срок хранения) и поэтому Процесс приготовления шоколадных масс очень важен.

На некоторых заводах Украины процесс производства шоколадных масс достаточно устарел по сравнению с другими государствами и способы автоматизации уже не современны и опасны, как и для работников, которые работают непосредственно на поточной линии для приготовления шоколадных масс так и для торговых компаний и следственно потребителей.

Поэтому в данном курсовом проекте я предлагаю свой выбор технических средств и средств автоматизации для повышения производительности и улучшения условий труда. Так как это является необходимым условием существования современного предприятия. С помощью приборов и датчиков можно управлять участком производства, уменьшив долю ручного труда и упростив наблюдение и управление технологическим процессом. Что и является целью данного курсового проекта.

1. Oписание технологического процесса

1.1 Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс

На кондитерских фабриках в соответствии с ассортиментом выпускаемых шоколадных изделий устанавливают поточные линии для производства шоколадных масс.

Схема приготовления шоколадных масс состоит из следующих операций: взвешивания рецептурных компонентов, смешения их, измельчения, разводки маслом, гомогенизации и конширования.

Рецептурные компоненты взвешивают и смешивают в рецептурно-смесительных комплексах, которые комплектуют в механизированные поточные линии. В состав линии входят: рецептурно-смесительный комплекс, стальные ленточные конвейеры, пятивальцовые мельницы, коншмашины и сборники для хранения шоколадных масс.

По принципу действия рецептурно-смесительные комплексы можно разделить на два вида: непрерывного действия с дозированием рецептурных компонентов в потоке и периодического действия со взвешиванием и смешиванием рецептурных компонентов и непрерывной подачей массы на дальнейшую обработку.

На рисунке 1 приведена механизированная поточная линия приготовления шоколадных масс с объемным дозированием и непрерывным смешиванием компонентов.



Рисунок 1 - Механизированная поточная линия приготовления шоколадных масс с объемным дозированием и непрерывным смешиванием компонентов

В состав линии входит следующее оборудование: рецептурно-смесительный комплекс 7, пятивальцовая мельница 6 со смесителем непрерывного действия 5, эмульсатор 3 с приводом от электродвигателя 4 мощностью 10 кВт, сборник шоколадной массы 1 и насос 2.

Смешивание и дозирование какао-тертого, какао-масла, сахара-песка и некоторых других рецептурных компонентов происходит в рецептурно-смесительном комплексе 7. Затем смесь переходит в загрузочную воронку пятивальцовой мельницы 6. После вальцевания масса по наклонному лотку ссыпается в загрузочный штуцер смесителя 5. Сюда же из дозаторов поступают часть какао-масла и жир-заменитель, если он предусмотрен рецептурой.

После дополнительного перемешивания и разводки в смесителе масса стекает в центробежный эмульсатор 3. Здесь проводится ее окончательная гомогенизация. Готовая шоколадная масса эмульсатором 3 подается в емкость 1. Шестеренчатый насос 2 перекачивает массу в темперирующие сборники с планетарной мешалкой или в машины для формования простых сортов шоколада, а также в глазировочные машины.

При обработке массы в эмульсаторе для изготовления глазури с разжижителем при минимальном содержании жира (31...34%) фабрики экономят какао-масло. При обработке в эмульсаторе глазурь разжижается. Благодаря высокой однородности массы, при которой твердые частицы обволакиваются слоем какао-масла, вкус массы улучшается.

Линии со смесителями непрерывного действия удобно использовать лишь при массовом производстве определенных видов шоколадных масс. При многокомпонентных рецептурах и при их частой смене в течение рабочего дня выгоднее применять смесители периодического действия с весовым дозированием компонентов.

Рецептурно-смесительный комплекс предназначен для непрерывного приготовления шоколадных смесей из нескольких сыпучих и жидких компонентов. Заданная рецептура и технологический режим в процессе работы поддерживаются автоматически.

Комплекс, показанный на рисунке 2, состоит из приемного бункера для сахара-песка 2, шнека для подачи сахарного песка в бункер 1, ленточного дозатора для дозирования 4, микромельницы для размола сахара-песка 5, темперирующих сборников для какао-масла 9 и какао тертого 8, двух насосов-дозаторов для дозирования жидких компонентов 7, продуктопроводов, смесителя непрерывного действия 6, пятивальцовой мельницы 11 и пульта управления.



Рисунок 2 - Рецептурно-смесительный комплекс для приготовления шоколадных масс

Смонтированные на пульте управления приборы и системы позволяют осуществлять программирование и автоматическое дозирование компонентов, пуск, остановку, контроль за работой оборудования и предохранять его от аварий и поломок.

Шоколадную массу готовят на сахаре-песке, который подается в бункер шнеком 1. Бункер для приема и хранения запаса сахара-песка 2 вместимостью до 0,5 м3. В конусной части бункера установлен ворошитель 3 с индивидуальным электродвигателем и заслонка, закрывающая выход из соответствующего бункера в приемную воронку ленточного дозатора.

Поскольку приготовление шоколадных масс на сахаре-песке приводит к быстрому износу вальцов пятивальцовых мельниц, в модернизированных линиях сахар-песок из дозатора подается в микромельницу.

После ленточного дозатора 4 сахар-песок подается в мельницу 5. Размол взвешенного сахара-песка в пудру осуществляется наустановленной над смесителем молотковой многорядной мельницы 5 производительностью до 600 кг/ч. Полученная пудра непрерывно подается в смеситель 6. В смесителе сахарная пудра тщательно перемешивается с остальными компонентами шоколадной массы.

Темперирующие сборники для какао тертого 8 и какао-масла 9 вместимостью по 500 кг с водяной рубашкой имеют систему автоматического регулирования и поддержания температуры на заданном уровне. Сборник для какао тертого 8 снабжен мешалкой, сборник же для какао-масла 9 представляет собой емкость с водяным обогревом без мешалки. Они соединены между собой продуктопроводами с установленными в цехе емкостями для хранения какао-масла и какао тертого.

Жидкие и нагретые до 60...70 °С компоненты дозируются шестеренчатыми насосами-дозаторами 7, снабженными рубашками. Привод насосов осуществляется специальными электродвигателями постоянного тока. Благодаря бесступенчатому изменению частоты вращения насосов достигается подача заданного количества какао-масла и какао тертого.

Соотношения компонентов в рецептуре устанавливаются задатчикамив пределах (кг/ч): по сахару-песку 160...170, какао-маслу и какао тертому 60...300. Пропорциональный задатчик изменяет производительность комплекса в пределах 80... 120 %, сохраняя неизменными заданные соотношения между компонентами.

Непрерывное смешивание компонентов проводится в одношнековом горизонтальном смесителе 6, который снабжен рубашкой, позволяющей обогревать смеситель горячей водой. Смеситель 6 приводится в движение от электродвигателя мощностью 2,8 кВт. Для контроля за температурой продукта в смесителе установлен термометр. Компоненты поступают в смеситель через прямоугольное отверстие, расположенное в верхней части корпуса. Вал смесителя, несущий фасонные лопасти, расположенные по спирали, вращается внутри корпуса, разделенного на ряд камер тремя группами фасонных пластин, которые также расположены по спирали. Благодаря специальной конструкции редуктора вал за один оборот осуществляет двойное движение: вращательное вокруг своей оси, причем лопасти рассекают, перемешивают и сдавливают обрабатываемую массу, прижимая ее к неподвижным фасонным пластинам корпуса; возвратно-поступательное, при котором масса перемещается вперед, поступая в следующую камеру смесителя.

Обрабатываемая масса продвигается вдоль оси смесителя, проходя через три продольных канала, смешиваясь лопастями вала и неподвижными фасонными пластинами корпуса.

Рабочие органы непрерывно самоочищаются, и по окончании работы в смесителе остается только минимальное количество массы.

Готовая масса выталкивается из смесителя через мундштук, сечение которого может меняться.

Затем масса поступает пятивальцовую мельницу 10, где подвергается истирающему действию, проходя постепенно между пятью вращающимися навстречу друг другу вальцами. Вальцы полые и имеют бочкообразную форму, скорость их вращения увеличивается с высотой. Привод вальцов осуществляется от электродвигателя через ременную и зубчатую передачу. Двигатель имеет мощность 55 кВт.

Шоколадная масса захватывается нижней парой вальцов и за счет разности скоростей вращения и бочкообразной формы вальцов, продвигается вверх, подвергаясь истирающее-раздавливающему воздействию. При этом зазор между вальцами уменьшается с увеличением высоты мельницы. Таким образом, на выходе из мельницы размер частиц может быть 20 - 30 мкм в зависимости от заданной рецептуры. Зазоры между вальцами регулируются гидравлической системой, которая обеспечивает стабильность давления и простоту управления.

2. Анализ технологического процесса как объекта автоматизации и выбор контролируемых и регулирующих параметров

В работе рецептурно-смесительного комплекса и технологическом процессе, протекающем в нем, можно выбрать следующие технологические параметры, определяющие нормальное протекание процесса:

· уровень какао-тертого в емкости, т.к. для обеспечения нормального протекания процесса оно должно непрерывно подаваться на смешивание;

· температура компонентов смеси, а именно какао-тертого, в емкости, необходимая для его разжижения - это влияет на качество приготовления смеси и облегчает подачу компонента на следующую стадию;

· температура смеси в смесителе, влияющая на качество смеси;

· точное дозирование компонентов;

· температура вальцов пятивальцовой мельницы, т.к. из-за трения происходит повышение температуры, что является нежелательным явлением, поэтому внутри вальцов циркулирует холодная вода для их охлаждения и предотвращения нагрева массы;

· давление в гидроцилиндрах пятивальцовой мельницы, с помощью которого происходит регулирование зазора между вальцами, что очень важно когда нужно получить на выходе частицы заданного размера.

При наполнении емкости какао-тертого Е1 необходимо контролировать уровень от 0,1 до 0,4 м. При несоблюдении этого условия произойдет прекращение подачи компонентов, что приведет к нарушению рецептуры или произойдет переполнение бункера, что приведет к потере компонентов смеси. Во избежание этого на бункере необходимо установить датчик уровня, который будет подавать сигнал на сигнализатор уровня. При достижении верхнего или нижнего уровня, датчик подаст сигнал на отключение или включение двигателя насоса Н1.

Емкость оборудована рубашкой, чтобы поддерживать температуру какао тертого в пределах от 60 до 700С. Несоблюдение приведет к нарушению рецептуры. Автоматическое регулирование температурных режимов можно обеспечить путем управления сливом воды из обогревающих рубашек-сборников: температура измеряется датчиком, соединенным с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, управляющий стоком воды из рубашки.

Регулирование температуры в смесителе можно обеспечить путем изменения расхода греющего агента в зависимости от температуры внутри смесителя. С помощью датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, поддерживается температура в пределах 62-67С, необходимая для требуемой пластификации массы.

Для контроля, регистрации и индикации между датчиками и исполнительными механизмами устанавливается единый микропроцессорный контроллер. Поступающий сигнал сравнивается с верхними и нижними предельными значениями и вырабатывается управляющий сигнал.

Дозирование компонентов происходит объемным способом с помощью шестеренчатых насосов-дозаторов и ленточного дозатора. Регулирование расхода компонентов происходит при помощи частотного преобразователя, управление ведется с помощью универсального контроллера. Количество компонентов определяется частотой вращения рабочих органов дозаторов. Соотношения компонентов в рецептуре устанавливаются задатчикамив пределах (кг/ч): по сахару-песку 160…170, какао-маслу и какао тертому 60…300.

Регулирование температуры в валках можно обеспечить путем изменения расхода охлаждающего агента в зависимости от температуры внутри валка. С помощью датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, поддерживается температура в пределах 20-280С, необходимая для безотказной работы машины.

Для регулирования степени измельчения продукта необходимо изменять зазор между валками. Зазор можно регулировать с помощью изменения давления в гидроцилиндрах в гидравлической системе прижатия валков. Измерения производятся для каждой стороны валков отдельно в трех парах гидроцилиндров. С помощью датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, регулируется подача масла, нагнетаемого гидравлическим насосом.

Составляем технологическую карту параметров, таблица 1.

Таблица 1 - Технологическая карта параметров процесса приготовления смеси

Аппарат	Параметр	Функции системы автоматизации
	Наименование и размерность	Номинальное значение	Предельные значения
Сборник какао-тертого	Температура подаваемого компонента, 0С	65	60…70	Показание, регулирование с помощью контроля слива теплоносителя из рубашки
	Уровень подаваемого компонента, м	0,3	0,1…0,4	Показание, сигнализация, отключение и включение двигателя насоса
Дозаторы	Расход какао-тертого, кг/ч	165/200	60…300	Показание, регистрация, регулирование с помощью изменения частоты вращения
Смеситель	Температура смеси, 0С	65	62…67	Показание, регулирование с помощью изменения расхода греющего агента

3. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации

Для контроля температуры в качестве первичного преобразователя выбираем термометр сопротивления, измерение которого основано на свойстве проводников и полупроводников изменять свое электрическое сопротивление при изменении их температуры. В качестве чувствительного элемента используется медь; это очень удобно так как она имеет низкую стоимость, высокий температурный коэффициент электрического сопротивления, ее легко получают в чистом виде. Термометры сопротивления являются предпочтительными для небольших температур, имеют высокую точность и надежность.

Термометр сопротивления выбираем типа ТСМУ - Метран - 274 с унифицированным выходным сигналом; это более выгодно, так как не требуется устанавливать нормирующий преобразователь.

Уровень измеряется гидростатическим уровнемером Метран - 100 - ДГ тип 1531 с унифицированным выходным сигналом. Принцип его действия основан на измерении давления столба жидкости или выталкивающей силы, действующей на тело, погруженное в жидкость. Использование уровнемера этого типа также более выгодно, так как не требуется устанавливать нормирующий преобразователь.

Для контроля давления в качестве первичного преобразователя выбираем датчик для измерения избыточного давления серии Метран - 43 - ДИ 3173 с унифицированным выходным сигналом. Эти манометры достаточно широко распространены в пищевой промышленности. Также такой датчик имеет достаточный диапазон измеряемых давлений, что является важным, так как рецептур очень много и все они подразумевают различную степень измельчения шоколадной массы, а, следовательно, различный зазор между вальцами, который регулируется с помощью различных значений давлений.

Для измерения температуры вальцов выбираем термоэлектрический термометр ТХАУ - 205 с унифицированным выходным сигналом. Он измеряет температуру по величине термо- ЭДС, возникающей в цепи из двух разнородных проводников. Термопара градуировки ТХАУ (термопара хромель - алюмель) имеет высокую стойкость и хорошую линейность.

Управление процессом осуществляется с помощью микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329.

Он предназначен для сбора, обработки информации, реализации функций контроля, программологического управления, регулирования, противоаварийных защит и блокировок, систем учета тепла и энергоресурсов.

Прибор предназначен для измерения температуры, давления и других физических величин. Он отображает текущую архивную информацию в цифровом виде, в виде графиков и диаграмм.

Технические характеристики: имеется цветной или монохромный графический 5,7” дисплей; П3- или ПИД- регулирование; интерфейс RS232/485; память: гибкий магнитный диск (FDD), CompactFlash; исполнение: искробезопасноек; количество каналов: 16;32.

Входной сигнал: термопреобразователисопротивления, термоэлектрические преобразователи, а также другие источники сигнала в виде тока, напряжения или сопротивления. Погрешность 0,1%.

Частотные преобразователи серии IG5A предназначены для построения частотно-регулируемых приводов. Управление ведется векторным способом с помощью ШИМ-модуляции. Диапазон регулирования скорости 1:100. Точность регулирования ±1%. Имеется автонастройка, ограничение скорости, торможение, ПИД-регулятор, аналоговый выход и интерфейс RS-232. Дисплей информирует о частоте, напряжении тока, крутящем моменте, значениях установок, кодов и ошибках.

Преобразователи обеспечивают защиту по мощности, напряжению, перегрузок по току, перегрева и превышения предельной скорости.

Температура какао-тертого в ёмкости Е1 измеряется с помощью термометра сопротивления ТСМУ Метран - 274 с унифицированным выходным сигналом. С него унифицированный выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе слива воды, которая является теплоносителем.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры воды клапан отрывается, при понижении - закрывается.

Уровень жидких компонентов в емкости Е1, измеряется гидростатическим уровнемером Метран - 100 - ДГ, вырабатывающим выходной унифицированный сигнал в виде 0…5 мА. Этот сигнал поступает на многофункциональный прибор Ш-9329, который осуществляет сравнение сигнала, с его заданным верхним и нижнем предельным значением и вырабатывает управляющий сигнал. Управляющий сигнал поступает на электродвигатель насоса, установленный на трубопроводе подачи компонентов в Е1.

Температура массы в смесителе С измеряется с помощью термометра сопротивления ТСМУ Метран - 274 с унифицированным выходным сигналом. С него унифицированный выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе установленный на трубопроводе подачи воды, которая является теплоносителем.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры воды клапан закрывается, при понижении - открывается.

Температура массы в пятивальцовой мельнице ПМ измеряется с помощью термоэлектрического термометра ТХАУ-205. С него унифицированный выходной сигнал (0…5 мА) поступает на аналоговый вход микропроцессорного многофункционального прибора Ш-9329. С прибора управляющий сигнал поступает на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе подачи воды, которая является хладагентом.

Эта схема работает следующим образом. При повышении заданной температуры вальцов клапан открывается, при понижении -закрывается.

Давление в пятивальцовой мельнице ПМ измеряется с помощью датчика для измерения избыточного давления МЕТРАН - 43 - ДИ - 3173. Датчик соединен с регулятором, который воздействует на исполнительный механизм с электроприводом типа 25ч939нж, установленный на трубопроводе подачи масла, нагнетаемого гидравлическим насосом.

Все выбранные приборы занесены в таблицу 2.

Таблица 2 - Спецификация на приборы и средства автоматизации

Поз.	Измеряемый параметр и его номинальное значение	Наименование прибора	Тип	Кол-во
1	Температура, 60-70С	Термометр сопротивления. Пределы измерения от 0 до 1800С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1
2	Уровень, 0,1…0,4 м	Датчик гидростатического давления. Пределы измерения уровня 10 м. Погрешность 0,5%. Давление 0,4 МПа. Выходной сигнал 0…0,5 мА.	Метран-100-ДГ	2
3	Температура, 62-67С	Термометр сопротивления. Пределы измерения 0 до 180С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1
4	Температура, 220С	Термоэлектрический датчик температуры. Т=0…600С. Выходной сигнал 0…0,5 мА.	ТХАУ-205	5
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	5
5	Давление 15 МПа	Датчик для измерения избыточного давления 0…25 МПа. Выходной сигнал 0…0,5 мА.	МЕТРАН-43-ДИ-3173	6
6	Расход	Частотный преобразователь.	iG5A	1
7		Универсальный микропроцессорный контролер.	Ш-9329	1

4. Описание средств автоматизации

Основой для построения системы автоматизации смесительно-рецептурного комплекса являются датчик уровня (гидростатического давления), термометры сопротивления и термоэлектрические, измерительный преобразователь избыточного давления, которые имеют унифицированные сигналы, которые поступают на универсальный контроллер.

Принцип действия термометров (термопреобразователей) сопротивления материалов (металлов, их окислов и солей) изменять свое электрическое сопротивление при изменении температуры. Величину, характеризующую изменение сопротивления материалов при изменении температуры называют температурным коэффициентом сопротивления. Термометры сопротивления бывают двух видов проводниковые и полупроводниковые.

Самыми распространенными в промышленности проводниковыми преобразователями сопротивления являются технические термометры из платины и меди.

Медные чувствительные элементы для измерения температуры в пределах -50…200С, из платины -200…750С. Приборы из платины более точные, медные более дешевые. Конструкция показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Термометр сопротивления: 1 - металлическая проволока; 2 - защитная трубка; 3 - керамический порошок; 4 - выводы; 5 - чувствительный элемент; 6 - защитная арматура; 7 - герметик; 8 - клеммы; 9 - крышка; 10 - корпус головки; 11 - присоединительный штуцер

Чувствительный элемент изготавливают из платиновой или медной проволоки диаметром 0,03 - 1 мм. С целью увеличения виброустойчивости проволока помещается в тонкостенную трубку и засыпается керамическим порошком. Защитная арматура представляет собой гильзу из нержавеющей стали диаметром 10 мм, заваренную с одного конца и так же наполненную керамическим порошком. Концы выводов чувствительного элемента подсоединены к клеммной колодке соединительной головки.

В качестве вторичных приборов в комплекте с термометрами сопротивления применяют логометры и уравновешивающие мосты. Кроме того выпускаются термометры сопротивления с унифицированными выходными сигналами (0…5 и 4…20 МА).

Термометры сопротивления являются предпочтительными для небольших температур, имеют высокую точность и надежность. В данной схеме применяется термометр с унифицированным выходным сигналом, это более выгодно, так как не требуется устанавливать нормирующий преобразователь.

Гидростатический способ измерения уровня основан на том, что гидростатическое давление в жидкости, пропорционально глубине, то есть расстоянию от поверхности жидкости.

Для измерения уровня гидростатическим способом могут быть использованы средства измерения давления или перепада давлений. Поэтому такие уровнемеры называют также дифманометрическими.

При включении дифманометра 1 на схеме, показанной на рисунке 5-а, передал давления ДР на нем будет равен гидростатическому давлению жидкости, которое пропорционально измеряемому уровню Н.

Если жидкость в емкости находится под избыточным давлением, то дифманометр1включают по схеме, приведенной на рисунке 4-б, причем его плюсовую камеру соединяют с пространством над жидкостью через уравнительный сосуд 2. Этот сосуд заполняют жидкостью, столб которой создает постоянное гидростатическое давление в плюсовой камере дифманометра. Поэтому измеряемый перепад давлений ДР, равный разности гидростатических давлений жидкости в камерах дифманометра, будет пропорционален разности между уровнем Нтахв уравнительном сосуде и измеряемым уровнем Н. Так как уровень в уравнительном сосуде постоянен и известен, то его всегда можно учесть в показаниях прибора.

Рисунок 4 - Схемы гидростатических уровнемеров

Уровень можно измерять и без дополнительного уравнительного сосуда. Для этого манометр устанавливается непосредственно на стенке нижней части емкости.

Погрешность измерения 1,5-2 %.

Для измерения давления применяют измерительный преобразователь избыточного давления (ДИ). Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства (рис. 5).

Мембранный тензопреобразователь 1 размещен внутри основания 2.Он защищен от воздействия контролируемой среды гофрированной металлической разделительной мембраной 3, приваренной по наружному контуру к основанию. Внутренняя полость 4 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью. Полость 5 сообщена с окружающей атмосферой. Измеряемое давление подается в камеру 6 фланца 7. Измеряемое давление воздействует на мембрану 3 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя 1, вызывая ее прогиб и пропорциональное изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается в электронный блок 8 по проводам через гермоввод 9. В электронном блоке датчиков давления находится стабилизированное устройство питания, дифференциальный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, обеспечивающим перенастройку диапазонов измерений, и преобразователь сигнала в унифицированный токовый сигнал 0…5 мА или 4…20 мА.

Рисунок 5 - Схема измерительного преобразователя давления МЕТРАН

ТХАУ-205.

Служит для измерения температур газообразных и жидких сред с преобразованием измеряемой величины в унифицированный токовый сигнал.

Таблица 3

Форма представления информации	выходной сигнал: 4…20мА
Область применения, контролируемая среда	твердые, жидкие, газообразные и сыпучие вещества; Ру 1; 6,3; 20; 25МПа
Пределы измерения, °С	0...+600 / 0...+900
Длина монтажной части, мм	50...1250
НСХ	К
Класс допуска	-
Погрешность	±0,5; 1/1%
Показатель тепловой инерции, с	-
Материал защитной арматуры	ст.12Х18Н10Т
Схема соединения чувствительного элемента	-
Исполнение	климатическое: У; пыле влагозащищённое: IP54; взрывозащищенное: OExiaIICT6X; виброустойчивое: N3
Условия эксплуатации	-50...+50°С
Питание	12...36В / 24В
Конструкция	с головкой из АГ-4В; установка в гнездо; арматура d8; с головкой; штуцер М20х1,5; арматура d8; то же, арматура d10; то же, с утонением до d8; с головкой; фланцевое крепление; арматура d10 с утонением до d6 на длине 10мм; в преобразователи встроено устройство компенсации термо-ЭДС и `холодного` спая
Габаритные размеры, мм	-
Масса, кг	-
Срок службы, лет	5
Срок и метод поверки	1 раз в год
ГОСТ, ТУ	ТУ 4227-003-13282997-95
№ ГОСРЕЕСТРА	15200-96; заключение о соответствии ТБ № 97.3.7 (...-Ех)



Рисунок 6 - Изображение термопреобразователяТХАУ-205

ТСМУ-Метран-274.

Термопреобразователь, ТСМУ Метран-274, может применяться во взрывоопасных зонах, в которых возможно образование взрывоопасных смесей газов, паров, горючих жидкостей с воздухом категорий IIА, IIВ и IIС, групп Т1-Т6 по ГОСТ Р 51330.11-99.

Предназначен для измерения температуры нейтральных и агрессивных сред, по отношению к которым материал защитной арматуры является коррозионностойким.

Чувствительный элемент первичного преобразователя и встроенный в головку датчика измерительный преобразователь преобразуют измеряемую температуру в унифицированный выходной сигнал постоянного тока, что дает возможность построения АСУТП без применения дополнительных нормирующих преобразователей.

Рисунок 7 - Изображение ТСМУ Метран

27425ч939нж.

При изготовлении регулирующих клапанов 25ч939нж используют серый чугун.

Управление клапаном снабженного приводомосуществляетсяпо команде оператора или автоматически действующими датчиками, установленными на трубопроводной системе.

Рисунок 8 - Изображение клапана 25ч939нж

Метран-100-ДГ.

Интеллектуальный датчик давления Метран-100 предназначен для измерения и непрерывного преобразования в унифицированный аналоговый токовый сигнал и/или цифровой сигнал в стандарте протокола НАRT, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS485 величины гидростатического давления (Метран-100-ДГ).

Рисунок 9 - Изображение Датчика давления (Метран-100-ДГ)

МЕТРАН-43-ДИ-3173.

Датчик избыточного давления аналоговый

Основные технические характеристики:

Предел измерения давления верхний: 25 кПа.

Ширина: 120 мм.

Погрешность: 0,25 %.

Ток выходной: 4...20 мА.

Напряжение номинальное: 15...42 В.

Сопротивление нагрузки: 0,5 кОм.

Мощность потребляемая переменного тока: 0,8 ВА.

Масса: 1...3 кг.

Высота: 175 мм.

Длина: 106 мм.

Рисунок 10 - Изображение метран-43-ди-3173

IG5A.

Для однофазных и трехфазных асинхронных двигателей мощностью от 0,4 до 22 кВт и напряжением питания 220 -380 В.Адаптирован для решения многочисленных задач, требующих применения приводов с широким диапазоном регулирования скорости вращения.



Рисунок 11 - Изображение частотного преобразователя IG5A

Ш 9329.

Приборы серии Ш 9329 заменяют любые бумажные регистраторы и самописцы, а также многоканальные измерительные, регулирующие и сигнализирующие приборы. Приборы могут работать как автономно, так и в составе автоматизированных систем.

Приборы имеют универсальные измерительные входы, при этом каждый вход может быть настроен индивидуально. Энергонезависимая память приборов, а также встроенные накопители на гибком магнитном диске или CompaktFlash карте позволяют запомнить большой объем информации.

Приборы позволяют осуществлять многоканальное регулирование (2-х, 3-х позиционное или ПИД-регулирование с само оптимизацией).

В приборы встроены функции самодиагностики и программно-кодовая защита (пароль) от несанкционированного доступа.

Для применения во взрывоопасных производствах приборы имеют исполнения с искробезопасными входными цепями.

Приборы выпускаются в прочных стальных корпусах. Предусмотрено два типа конструктивного исполнения: встраиваемый корпус для щитового монтажа и корпус с ручками для переноски и резиновыми ножками.

Подсоединение внешних цепей многоканальных приборов(более 8 каналов) осуществляется с помощью кросс-плат, устанавливаемых на DIN-рейках. Этим обеспечивается удобство подсоединения при поверке прибора. Подсоединение приборов с количеством измерительных каналов не более 8-и осуществляется с помощью клемных соединений, расположенных непосредственно на задней стенке прибора.

Рисунок 12 - Изображение универсального микропроцессорного контролера

3. Расчёт сужающего устройства, установленного на трубопроводе природного газа в цехе №38, печь №1

Qmax = 580 Нм3/час.

Qmin = 200 Нм3/час.

T = 10С или 283,15К.

Ри = 0,08 кгс/см2.

D20 = 150 мм.

Pmax = 0,25 кгс/см2.

Материал трубопровода - сталь 20.

Коэффициент шероховатости трубопровода k=0,18.

Определение недостающих для расчёта данных.

Абсолютное значение давления измеряемой среды

Рабс =Рб + Ри,

где: Рб - барометрическое давление =1,02 кгс/см2, Ри - избыточное давление среды.

Рабс = 1,1 кгс/см2

Определение плотности измеряемой среды.

с = 283,15 * Рабс * сном / Т,

где: Р - абсолютное давление измеряемой среды, Т - температура измеряемой среды, К, сном - плотность изм. среды при нормальных условиях.

с = 0,7286 кг/м3.

Определяем поправочный множитель на тепловое расширение материала трубопровода Kt.

Кt = 1 так как температура измеряемой среды 10С

Определяем действительный диаметр трубопровода.

D = D20 * Kt,

где: D20 - диаметр трубопровода при температуре 20С, D = 150 мм.

Определяем показатель адиабаты:

ч = 1,29 + 0,704*10-6 (2575+ (346,23 - Т)2)Р.

ч = 1,294937

6. Определяем коэффициент сжимаемости газа:

К = 0,9993

7. Определяем динамическую вязкость измеряемой среды в рабочих условиях:

7.1. Псевдокритическое давление:

Рпк = 30,168[0,05993(26,831- сном)+(NCO2-0,392NN2)]

Рпк = 46,22 кгс/см2

7.2. Псевдокритическая температура:

Тпк = 88,25[1,7591(0,56354+сном)-(NCO2+1,681NN2)]

Тпк = 191,492 К

7.3. Приведённое давление:

Рпр = Р/Рпк

Рпр = 0,0227 кгс/см2

7.4. Приведённая температура:

Тпр = Т/Тпк

Тпр = 1,4787 КДинамическая вязкость:

м = 0,5173*10-6 [1+ сном(1,104-0,25 сном)]*[ Тпр(1-0,1038 Тпр)+0,037]*[1+ Рпр2/(30(Тпр-1))]

м = 1,089*10-6

Определение типа сужающего устройства и дифманометра.

Выбор сужающего устройства:

Диафрагма с угловым способом отбора

Материал - титан.

Выбор дифманометра:

Дифманометр ДМ с КСД кл.т.1,5

Верхний предел измерения - 630 Нм3/час

Определение параметров сужающего устройства.

Определяем вспомогательную величину.

C = Q / 0,2109D2сном*T*K/P

С = 4,004

По ней определяем номинальный перепад давления:

Pmax =0,25кгс/см2

Определяем модуль сужающего устройства:

m = 0,1433.

Определяем число Рейнольдса, которое соответствует верхнему пределу измерения дифманометра.

Re = 0,0361*Qmax* сном/ D /

Re = 1414908

Определяем минимальное допустимое число Рейнольдса:

Так как m=0,1433, то Remin = 5000

Определяем коэффициент относительной шероховатости:

К = 0,22

7. Относительная шероховатость:

К/D*104 3,9+103exp(-14,2m)

22 7,59

Условие не соблюдается, поэтому вводим поправочный коэффициент:

Кш = a*m+b

Где:

a = (c-0,3)*[-1,066c2+0,36c-0,13]

b = 1+(c-0,3)*(-0,08c2+0,024c-0,0046)

c = D/103

Кш = 1,0024

Определяем коэффициент поправки на притупление входной кромки:

Кп = a + b * exp[-n (m-0,05)]

Где:

a = 1+0,011*exp[-55,2(c-0,05)1,3]

b = 0,020 + 02558c - 1,68c2 + 2,867c3

n = 4,25 + 142,94(c-0,05)1,92

c = D / 103

Кп = 1,013

Определяем коэффициент расширения для предельного перепада давления.

Определяем коэффициент расхода:

= КшКп[0,5959+(0,0312*m1,05)-(0,184*m4)+(0,0029*m1,25*(106 / Re)0,75)] / 1-m2.

= 0,613

Определяем коэффициент расширения газа в сужающем устройстве:

= 1-(0,41 + 0,35m2)*P / P

P = P*

= 0,923

Определяем вспомогательную величину 1:

m = c / (P)

m = 0,08828

Определяем вспомогательную величину 2

F = m*y

F = 0,0883

Определяем относительное отклонение:

= F / m

= 0,023%

Определяем диаметр отверстия диафрагмы.

Определяем поправочный множитель на тепловое расширение диафрагмы: К = 1

Определяем диаметр отверстия диафрагмы при 20оС

d20 = D/Kt *m

d20 = 37,85мм

Проверка расчёта.

1. Расход, соответствующий предельному перепаду давлений дифманометра:

Qном = 0,2109***Kt2*d202*Pном*Р / (ном*Т)

Qном = 629,29 Нм3/ч

2. Определение относительного отклонения:

|| = (Qном / Qmax -1)*100%

|| = 0,11%

Условие || < 0,2% выполняется, следовательно, расчёт выполнен правильно.

Проверка длин прямых участков.

До диафрагмы на расстоянии 3000 мм регулирующий клапан.

Необходимая длина 15D, имеющаяся длина 30D.

После диафрагмы:

Необходимая длина 5,8D, имеющаяся длина 10D.

Расчёт погрешности измерения расхода.

Погрешность коэффициента расхода:

у' = [2+Кш2+Кп2]0,5

Кш = 1,67m+(0,081-t)(66,3t2-33,7t+6,9)

Кш = 0,31

Кп = 0,883m+16,7t2-7,5t+1,17

Кп = 0,71

d = 2d(1+m2/)

Значение d = 0,05 при m<0,4

d = D = 0,103

y = [0,32 +d2+D2]0,5

y = 0,33

y' = 0,83

Средняя квадратическая относительная погрешность коэффициента расширения сужающего устройства:

= (1-)/[2+P2+P2]0,5+0

0 = 2P/P для m<0,56

0 = 0,47

= 4% - погрешность определения показателя адиабаты газа

P2 = 0,25(Qпр*S* / Q)2+0,25пп2+0,00122

P2 = 0,6025

Рб = 50 *Рб/Р

Рб = 0,0635

Ри = 0,5 Рир*SРи/Ри

Ри = 4

Р = [Pб2+(Ри *Ри /P)2]0,5

= 1,83

Погрешность коэффициента коррекции расхода на число Рейнольдса

КRe = (1-KRe)

KRe= [C+B(106/Re)0,75]/(C+B)

C = (0,5959+0,0312m1,05-0,184m4)/1-m2

C = 0,602

B = 0,0029m1,25/1-m2

B = 0,0025

KRe= 1,0138

= 5% - погрешность вычисления вязкости, КRe = -0,069%

Погрешность измерения температуры.

Т = 0,5Nt*St/(273,15+t)

где Nt - диапазон шкалы измеряющего термометра, S - класс точности термометра.

Т = 0,571%.

Погрешность измерения плотности.

= 0,35%.

Погрешность измерения расхода:

Qном = [2+2+Kre2+2 +0,25(ном2+2+Т2+К2)]0,5

Qном = 2,1%

= 2Qном = 4,1%

<5%

Погрешность меньше 5%, следовательно, расход измеряется.

Список использованной литературы

поточный механизированный дифманометр измерительный

1. Драгилев А.И., Сезанаев Я.М. Технологическое оборудование кондитерского производства.- М.: Колос, 2000 - 496с.

2. Методические указания по выполнению курсовой работы по «УТС» для студентов спец. 240801, 260601, 260602 всех форм обучения / НГТУ; сост. Тараненко Е.В., Н. Новгород, 2007, 20с.

3. Методические указания по выбору технических средств автоматизации для студентов специальностей 170600 всех форм обучения / НГТУ: сост. Тараненко Е.В., Н. Новгород, 2006 г.

4. Методические указания по выбору технических средств автоматизации для студентов специальностей 170600 всех форм обучения / НГТУ: сост. Тараненко Е.В., Н. Новгород, 2006 г.

Размещено на Allbest.ru

...