Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь

Учреждение образования

Гродненский государственный аграрный университет

Факультет инженерно-технологический

Кафедра технического обеспечения производства и переработки продукции животноводства

Курсовая работа

по дисциплине:

«Электротехника, автоматика и технические средства автоматизации»

Тема:

Автоматизация процесса замораживания продукта

Выполнила: Магдисюк А.О.

студентка 1 курса группы 3ИТФ

Руководитель: асс. Журко В.С.

Гродно 2020



Реферат

Тема: Автоматизация процесса замораживания продукта

Автоматизация, анализ технологического оборудования, схемы автоматизации, структурная схема автоматизации, датчик, диапазон датчика, замораживание мяса, холодильник, критерий Гурвица, критерий Найквиста, охрана труда.

Цель: ознакомиться с методикой выбора, расчета и анализа простых технических средств автоматизации технологического процесса замораживания мяса и мясной продукции.

Основные задачи выполнения курсовой работы:

1. Описание технологического процесса замораживания ;

2. Краткий обзор и анализ оборудования, применяемого при замораживании;

3. Описание схем и технических средств, применяемых при автоматизации ТП;

4. Описание структурной схемы автоматизации ТП и ее элементов;

5. Обоснование требований к датчику регулируемого параметра и к другим элементам САР и выбор датчика и других элементов системы;

6. Выполнение анализа схемы автоматизации;

7. Изучение охраны труда и охраны окружающей среды.

В первом разделе произведен анализ технологического процесса, выполнен обзор технологического оборудования, а также был выбран аппарат для автоматизации.

Во втором разделе осуществлен выбор и обоснование датчика.

В третьем разделе описана структурная схема автоматизации охлаждения мясной продукции и проводится её преобразование, для упрощения дальнейшего её анализа.

В четвертом разделе произведен анализ САР для определения устойчивости системы.

В пятом разделе описана безопасность жизнедеятельности, которая должна соблюдаться на предприятиях по изготовлению продуктов пищевой промышленности



Содержание

Введение

1. Описание и анализ технологического процесса

1.1 Методы замораживания

1.2 Оборудование для охлаждения (замораживания) продукта

2. Выбор и обоснование датчика

2.1 Обоснование требований к диапазону датчика и точностным характеристикам (допустимой погрешности)

2.2 Выбор датчика и его типоразмер

3. Описание структурной схемы автоматизации технологического процесса

4. Анализ САР

4.1 Определение коэффициента передачи корректирующего элемента усилителя

4.2 Анализ устойчивости системы

4.3 Качество управления системы

4.2.1 Алгебраический критерий (критерий Гурвица)

4.2.2 Частотный критерий (критерий Найквиста)

4.3 Качество управления системы

4.3.1 Определение статической ошибки

4.3.2 Величина перерегулирования

4.3.3 Время переходного процесса

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Замораживание обеспечивает предотвращение развития микробиологических процессов и резкое уменьшение скорости ферментативных и физико-химических реакций, поэтому его используют преимущественно в случае необходимости длительного хранения мяса. Замораживание осуществляют при температуре воздуха в камере от -23 до -35°С в течение 18-36 ч до достижения в самой толстой части туш температуры. В процессе длительного хранения замороженного мяса теряются витамины, масса (усыхание), развиваются гидролитические процессы и процессы окисления, меняется цвет мышечной ткани, на поверхности туш могут появиться бесцветные или светлые участки холодного ожога.

В продажу поступает охлажденное, подмороженное и замороженное мясо. Парное сохраняет свои свойства (температуру в пределах +35...38°С, аромат, упругость) только в течение 1,5 часов после убоя скота, потому в холодильную камеру не помещается.

Самые высокие требования предъявляются к холодильному оборудованию, поскольку от соблюдения технологии охлаждения, заморозки и хранения мясной и молочной продукции зависит товарный вид, качество, величина потерь в процессе переработки.

Заморозка мяса в промышленных условиях производится в морозильных камерах, оснащенных мощными низкотемпературными агрегатами. Существует два способа заморозки мяса - одно- и двухфазный. В первом случае туши после первичной обработки сразу помещают в низкотемпературный морозильник. Во втором мясо предварительно охлаждают до +4°С, а затем замораживают.

Холодильники - это сооружения, предназначенные для охлаждения, замораживания и хранения скоропортящихся продуктов. В помещениях (камерах) холодильника поддерживаются постоянные довольно низкие температуры (+12-40°С) при большой относительной влажности (85-95%). К помещениям холодильника предъявляются повышенные санитарные требования.

Главным условием сохранения пищевых продуктов высокого качества является создание непрерывной холодильной цепи, которая обеспечивает воздействие на пищевые продукты низких температур на протяжении всего времени с момента производства или заготовки продукта до момента его потребления.

Цель курсовой работы: ознакомление с методикой выбора датчика, расчет и анализ простых технических средств автоматизации ТП замораживания продукции.

1. Описание и анализ технологического процесса

Замораживание - один из наиболее распространённых методов консервирования мяса, позволяющий сохранить питательных и большую часть вкусовых качеств продукта в процессе его длительного хранения.

Сущность замораживания мяса состоит в том, что под действием минусовой температуры вода, находящаяся в клетках тканей, превращается в кристаллы льда. Вымерзание воды по мере снижения температуры замораживания продолжается до тех пор, пока вся жидкость не вымерзнет полностью. Температура, при которой это происходит, называется криогидратной. Замораживание мяса начинается с поверхностных слоев, где начинается процесс кристаллообразования.

Замораживание - один из наиболее распространённых методов консервирования мяса, позволяющий сохранить питательных и большую часть вкусовых качеств продукта в процессе его длительного хранения.

Замораживание обеспечивает предотвращение развития микробиологических процессов и резкое уменьшение скорости ферментативных и физико-химических реакций, в связи с этим его используют в основном при необходимости длительного хранения мяса.

Замораживание осуществляют при температурах воздуха в камере от -23 до -35°С в течение 18...36 часов до достижения в наиболее толстой части туш температуры не выше -8°С. Продолжительность дальнейшего хранении мяса при -18...-25°С составляет от 4 до 18 месяцев в зависимости от температуры и вида сырья.

В результате заморозке влага кристаллизуется. Количество свободной влаги в клетках уменьшается, благодаря чему, по мере вымерзания влаги жизнедеятельность микрофлоры снижается, а затем и останавливается. При неравномерном росте кристаллов льда возможное разрушение клеток микроорганизмов. При низкотемпературном хранении (-10...-50°С) происходит частичное отмирание микроорганизмов, изменяется состояние морфологической структуры мяса и его коллоидных систем, ингибирующих биохимические процессы, причем, чем ниже скорость и температура замораживания, тем в большей степени изменяется качество сырья, которое используется, при дальнейшем размораживании.

Активность ферментов мяса в условиях низких температур постепенно слабеет и их действие прекращается; но липазы, которые расщепляют жир, инактивируются лишь при температуре -40°С. Ферменты мяса полностью прекращают свое действие при температуре -60°С.

Вследствие вымерзания влаги и кристаллизации, в мясе имеет место перераспределение воды между структурными элементами, нарушение целостности мышечных волокон, частичная агрегация и денатурация мышечных белков, уменьшение их растворимости (миозин), разрыхления соединительно-тканных соединений, что приводит к снижению величины водосвязывающей способности, ухудшению вкуса и консистенции мяса, значительным потерям мясного сока после размораживания.

Заморозка способствует повышению усвояемости мяса. В результате вымораживания воды повышается концентрация белков в мясном соке. Реакция среды становится кислой, рН снижается. Растворенные белки начинают сворачиваться, их усвояемость возрастает. Кроме того, при замораживании мелкие клеточные органеллы разрушаются, из них высвобождаются ферменты, которые ускоряют созревание размороженного мяса. Его вкусовые качества могут улучшиться, потому что белки расщепляются до аминокислот. Они придают мясным продуктам вкус и возбуждают аппетит.

В процессе длительного хранения замороженного мяса имеют место потери витаминов, развиваются гидролитические процессы и процессы окисления, потери массы (усушка), меняется цвет мышечной ткани, на поверхности туш могут появиться бесцветные или светлые участки холодного ожога.

Выбор рациональных режимов замораживания и хранения позволяет уменьшить негативные последствия низкотемпературной обработки на качество мяса.

Использование упаковочных материалов дает возможность уменьшить степень изменений технологических свойств сырья и величину потерь массы.

1.1 Методы замораживания

Однофазная заморозка

Замораживают парное мясо без предварительного его охлаждения и после его размораживания процесс созревания мяса во многом аналогичен созреванию не мороженого мяса, что положительно сказывается на вкусовых качествах мяса - оно нежное, ароматное, вкусное. Потери массы составляют 1,6-2,1%. По вкусовым качествам мясо, замороженное однофазным способом, не отличается от замороженного в охлажденном состоянии, но имеет более привлекательный вид, хорошо сохраняет натуральную окраску, его можно дольше хранить, при этом потери массы мяса в зависимости от категории упитанности в среднем составляют для: говядины - 1,58...2,10%, свинины - 1,31...1,60%, баранины - 1,74...2,20%. В мясе, замороженном в парном состоянии, резко замедляются ферментативные, гидролитические и окислительные реакции. Процесс созревания мяса протекает в течение 3...4 месяцев, поэтому однофазное замораживание используют в случае сохранения мяса сроком не менее шести месяцев.

Двухфазная заморозка

Замораживают уже остывшее, прошедшее посмертное окоченение, либо предварительно охлажденное мясо. После размораживания такое мясо теряет много мясного сока, что не всегда приводит к достаточной нежности мяса. Потери массы 2-2,6%.

Замораживание мяса производят в подвешенном состоянии в морозильных камерах (по циклическому графику) или туннелях (непрерывно). Продолжительность процесса заморозки зависит от размеров мяса и вида заморозки. Разделяют:

· Быстрое замораживание - 18 часов при температуре -30 … -35°С, скорость движения воздуха 0,1-0,2 м/с;

· Интенсивное замораживание - 28 часов при температуре -23 … -30°С, скорость движения воздуха 0,5-0,8 м/с;

· Медленное замораживание - 35-40 часов при температуре -18 … -23°С, скорость движения воздуха 1-4 м/с.

Чаще всего замораживание используют для:

- осуществление накопления сырья, причем максимальное сохранение качества мяса обеспечивает проведение холодильной обработки на ранних этапах автолиза при высоких значениях рН;

- стабилизации свойств обваленного парного мяса, в котором при быстром замораживании предотвращается развитие процесса посмертного окоченения и сырье сохраняет высокую влагосвязующую способность;

- консервирование упакованных тушек птицы, нескольких видов полуфабрикатов, субпродуктов, эндокринно-ферментной сырья, пригодных для употребления вторых блюд.

От способа и условий замораживания зависит сохранение исходного качества пищевых продуктов и уровень затрат на его осуществление. Качественные характеристики замороженного мяса и экономические показатели процесса в значительной степени обусловлены характером автолиза мяса, поступающего на замораживание. В зависимости от состояния мяса, поступающего на замораживание, различают однофазный и двухфазный способы. В первом случае замораживают парное мясо непосредственно после первичной обработки, во втором случае мясо замораживают после предварительного охлаждения.

Продолжительность замораживания говяжьих полутуш при различных параметрах воздуха и состоянии мяса приведена в таблице ниже . Продолжительность замораживания свиных полутуш и бараньих туш составляет, соответственно, 80 и 60% от продолжительности замораживания говяжьих полутуш.

Таблица 1

Параметры замораживания говяжьих полутуш

Температура мяса, °С	Температура воздуха в камере, °С	Продолжительность замораживания, ч, при циркуляции воздуха
Начальная	Конечная		натуральной	принудительной
Однофазное замораживание
37	-8	-23	36...44	29...35
37	-8	-30	26...32	22...27
37	-8	-35	22...27	19...23
Двухфазное замораживание
4	-8	-23	29...35	23...28
4	-8	-30	21...26	18...22
4	-8	-35	18...22	15...18

Относительная влажность воздуха для всех процессов заморозки одинакова - 90-95%.

При быстром замораживании лёд образуется не только в межклеточном пространстве, но и в самих клетках в виде мелких, равномерно распределенных кристаллов и таким образом распределение воды (в замороженном виде) мало отличается от ее изначального (в не замороженном виде) распределения, что практически не вызывает изменений в тканях. Такое мясо имеет розовый оттенок, а после оттаивания теряет мало мясного сока и похоже на охлажденное по вкусу и свойствам. Но минимальное повреждение клеток при очень быстром замораживании имеет и побочный эффект - около 10% клеток остаются живыми, что подвергает мясо риску порчи из-за оставшихся активными микроорганизмов и ферментов.

При медленном замораживании клетки оказываются обезвоженными, а лёд образуется в виде крупных кристаллов в межклеточном пространстве, что не только изменяет первоначальное распределение влаги в тканях, но и подвергает мышечные волокна риску разрыва крупными кристаллами льда. Но как раз при медленном замораживании мяса до температуры -6 …-12°С происходит максимальное повреждение микробных клеток.

Срок хранения замороженного мяса зависит не только от вида мяса и способа его заморозки, но и от температуры воздуха в камере хранения - чем ниже температура воздуха в камере хранения, тем он больше. Туши-полутуши свиньи и бараньи при температуре -25°С могут храниться до года, а говяжьи - до полутора лет.

Непосредственное взаимодействие мяса с низкотемпературной поверхностью обеспечивает сокращение процесса замораживания по сравнению с процессом в воздухе в 1,5-2 раза.

По вкусовым качествам мясо, замороженное однофазным способом, не отличается от замороженного в охлажденном состоянии, но имеет более привлекательный вид, хорошо сохраняет натуральную окраску, его можно дольше хранить, при этом потери массы мяса в зависимости от категории упитанности в среднем составляют для: говядины - 1,58...2,10%, свинины - 1,31...1,60%, баранины - 1,74...2,20%.

В мясе, замороженном в парном состоянии, резко замедляются ферментативные, гидролитические и окислительные реакции. Процесс созревания мяса протекает в течение 3...4 месяцев, поэтому однофазное замораживание используют в случае сохранения мяса сроком не менее шести месяцев.

Также различают медленное и быстрое замораживание. Медленное замораживание сопровождается образованием в мышечной ткани небольшого количества центров кристаллизации, а они образуются в межклеточном пространстве, то есть между волокнами. Такое кристаллизации обусловлено тем, что концентрация кислот, солей и других веществ тканевой жидкости в между волоконном пространстве ниже, чем в волокнах. Поэтому межклеточная жидкость замерзает при более высокой температуре, чем та, что содержится в клетках. В процессе роста кристаллов льда, образовавшихся, и повышение концентрации тканевой жидкости в между волоконном пространстве влага из волокон мигрирует в пространство между волокнами вызывает дальнейший рост кристаллов. Крупные кристаллы льда расширяют пространство между волокнами и разрушают соединительные слои. Ткань разрыхляется, мышечные волокна деформируются, а иногда и разрушаются, что сопровождается большими потерями мясного сока.

При быстром замораживании в тканях возникает большое количество центров кристаллизации, причем они возникают как в межклеточном пространстве, так и внутри волокон. Это объясняется большой скоростью снижения температуры. Образование большого количества центров кристаллизации обусловливает небольшое увеличение размеров кристаллов и отсутствие разрушения оболочек волокон. Высокая степень сохранения морфологической структуры обеспечивает лучшее восстановление начальных свойств, чем при медленном замораживании. Для предотвращения повреждения клеточной структуры необходимо применять температуру замораживания -40°С и температуру хранения -15°С и ниже.

Для замораживания мясные туши и полутуши размещают в морозильных камерах так же, как и при охлаждении, используя рекомендуемые параметры в соответствии с выбранным способом. Относительная влажность воздуха во всех случаях должна составлять от 95% до 98%.

Мясо и субпродукты, которые используют для промышленной переработки, целесообразно замораживать в блоках, которые формируют после обвалки мяса. При этом значительно повышается эффективность производства за счет сокращения потерь массы, экономии холодильных площадей, затрат холода и транспортных расходов, более рациональной организации технологического процесса изготовления колбас и полуфабрикатов.

Мясо и мясопродукты замораживают в воздухе, в растворах солей или некоторых органических соединений, в кипящих хладагентах, при контакте с охлаждаемыми металлическими плитами. В соответствии с используемым способом и характеристикой продукта устанавливают скорость и глубину замораживания.

Заморозки в воздухе является наиболее распространенным способом отвода тепла от продукта. Интенсификация процесса замораживания достигается снижением температуры (до -35°С), повышением скорости движения воздуха (до 4...5 м/с), уменьшением толщины продукта. При замораживании мясных полуфабрикатов, субпродуктов целесообразно интенсифицировать процесс, а при замораживании мясных туш и отрубов интенсивность процесса не влияет существенно на их качество, так как вследствие особенностей образования кристаллов расхождение в структуре тканей периферийных и внутренних зон практически неизбежна.

Тушки птицы замораживают в воздухе при тех же параметрах, что и мясо убойных животных. Продолжительность процесса зависит от вида птицы, категории тушек и режимов замораживания и составляет 24...72 ч. Использование для упаковки пленочных материалов, дающих усадку при нагревании, увеличивает продолжительность замораживания тушек птицы примерно на 8%, но потери массы при этом составляют лишь 0,08...0,1%.

1.2 Оборудование для охлаждения (замораживания) продукта

Камеры охлаждения (рисунок 1.1) с поперечным движением воздуха или с дутьем воздуха сверху вниз предназначены для охлаждения мяса и могут быть циклического (периодического) или непрерывного действия. Вместимость камер циклического действия рассчитывают не более чем на полусменную производительность цеха первичной переработки скота, а непрерывного - на всю выработку мяса в смену.

Камера охлаждения с поперечным движением воздуха (рис. 1.1 а) состоит из воздухоохладителя 1, перегородок 2, охлаждаемых полутуш мяса 3, перемещаемых с помощью подвесного пути 4 (стрелки показывают направление движения воздуха). Камера охлаждения с подачей воздуха сверху вниз (рис. 1.1, б) включает в себя воздухоохладитель 1, вентилятор 2, ложный потолок 4 и охлаждаемые туши 5, перемещаемые с помощью подвесного пути 3.

На подвесные пути камер охлаждения мясо загружают с помощью конвейера или вручную, одновременно сортируя его по категориям упитанности и массе. Размещают туши с интервалами на рамах в 30…50 мм. На участке подвесного пути длиной 1 м размещают 2…3 говяжьих или 3…4 свиных полутуш. Крупные туши размешают в зоне с наиболее низкой температурой и наиболее интенсивным движением воздуха.

Охлаждение мяса в полутушах и тушах осуществляют в помещениях камерного типа или туннелях, оборудованных подвесными конвейерами, приборами охлаждения и системами воздухораспределения. Камеры охлаждения представляют собой теплоизолированные помещения вместимостью 15…45 т. В последнее время камеры проектируют шириной не более 6,0 м и длиной 30,0 м.

Рис. 1.1 Принципиальная схема камеры охлаждения мяса: а - с поперечным движением воздуха, б - с подачей воздуха сверху вниз

Распределение воздуха в грузовом объеме камеры охлаждения осуществляют: через нагнетательные и всасывающие каналы; безканальными (струйными) системами с подачей воздуха в пространство между потолком и каркасом подвесных путей; туннельными системами с продуванием воздуха вдоль или поперек подвесных путей камеры; через щели ложного потолка с дутьем воздуха сверху вниз; вентилированием грузового объема камеры потолочными воздухоохладителями; из сопл межпутевых воздуховодов, расположенных над полутушами (метод воздушного душирования).

Камеры замораживания (рис. 1.2) обеспечивают замораживание мяса и мясопродуктов и состоят из батарей и воздухоохладителей и могут быть с вынужденным или естественным движением воздуха. Камеры с вынужденным движением воздуха оборудуют воздухоохладителями, а иногда и батареями в сочетании с различными системами воздухораспределения, а камеры с естественным движением воздуха - пристенными, потолочными или межрядными радиационными батареями.

В зависимости от организации технологического процесса камеры замораживания могут быть однофазного или двухфазного замораживания. В камерах однофазного замораживания предусмотрена большая площадь поверхности охлаждающих устройств.

Конструктивно камеры замораживания выполняют проходными или тупиковыми. В проходных камерах мясо загружается и выгружается через дверные проемы, расположенные обычно в торцевых стенах камеры. В тупиковых камерах загрузка и выгрузка происходят через один общий дверной проем.

Камеры замораживания мяса могут работать непрерывно или периодически. В камерах туннельного типа, работающих непрерывно, осуществляется поточность технологического процесса.

Оборудование камеры замораживания туннельного типа с поперечным движением воздуха (рис. 1.2 а) состоит из потолочных воздухоохладителей 1 с направляющими аппаратами 6, расположенных над ложным потолком 3 и подвесными путями 5, укрепленными на подвесках 2. Охлажденный в воздухоохладителях воздух направляется в камеру через нагнетательные отверстия 4 в ложном потолке, омывает полутуши мяса, и отепленный воздух через всасывающее отверстие вновь направляется на охлаждение в воздухоохладитель.

Рис. 1.2 Принципиальная схема камеры замораживания мяса: а - однофазного с поперечным движением воздуха; б - с межрядными батареями; в - тупикового типа

В морозильной камере туннельного типа с межрядными батареями (рис. 1.2, б) размещено четыре туннеля, в каждом из которых имеется один подвесной путь для подвешивания и передвижения мяса.

Вдоль стен каждого туннеля установлены пристенные оребренные батареи 6. Нагнетаемый вентилятором 3 воздух по каналу, образованному ложным потолком и перекрытием камеры, через нагнетательное отверстие 1 направляется в первый туннель, в котором, двигаясь сверху вниз, омывает замораживаемые полутуши. Через отверстие 5 в нижней части перегородки 2 первого туннеля воздух попадает во второй туннель, в котором он циркулирует уже снизу вверх. Далее воздух через отверстие перегородки переходит в третий туннель, опускается вниз и направляется в четвертый туннель, из которого засасывается вентиляторами через всасывающее отверстие 4, и снова направляется в первый туннель. Приближение в таких камерах теплоотводящих приборов к поверхности продукта дает возможность использовать не только конвективный, но и радиационный теплообмен, что сокращает продолжительность замораживания и уменьшает усушку.

Рис. 1.2 (Продолжение)

Камеры замораживания тупикового типа с ложным потолком (рис. 1.2, в) имеют воздухоохладитель с всасывающим отверстием около пола камеры. Охлажденный воздух выбрасывается из воздухоохладителя вентилятором 1 в пространство между перекрытием и ложным потолком камеры, находящимся на уровне каркаса подвесных путей. В грузовой объем камеры замораживания воздух поступает через щелевые сопла 2 по обе стороны ниток подвесных путей 3.

Техническая характеристика камеры замораживания мяса

Вместимость камеры, т…………………………………….…….. 10,0

Температура воздуха в камере, °С………………………… -30…-35

Начальная температура внутри продукта, °С…………………… +20

Конечная температура внутри продукта, °С……..……….. -10…-15

Продолжительность замораживания, ч……………………………. 18

Тип компрессора…………………………………………….. винтовой

Подача вентилятора, м³/ч………………………………………. 30 000

Установленная мощность электродвигателя, кВт……………… 7,5

Габаритные размеры, мм……………………………..6000х7000х5000

Закалочные камеры (с воздушным охлаждением) обеспечивают завершение процесса замораживания частично замороженной смеси мороженого и бывают с вертикальным конвейером (с люльками, в которые загружают брикеты мороженого) или с горизонтальным (без люлек) конвейером.

Закалочная камера с вертикальным конвейером (рис. 1.3) монтируется из отдельных щитов, скрепленных стяжками. Внутри аппарата размещен испаритель, вентилятор 4 и конвейер 3. Конвейер не закреплен в камере замораживания 2, и его можно вывести из камеры по приставным рельсам. На раме 5 установлен привод.

Загруженные в люльки брикеты мороженого поступают в закалочную камеру по транспортеру 1. При движении конвейера 3 в камере брикеты обдуваются холодным воздухом, поступающим от испарительных батарей. Продолжительность замораживания (закалки) составляет 30…45 мин при температурах мороженого _12…_15°С, кипения аммиака в батареях -33°С и воздуха в аппарате -28°С при скорости движения цепи конвейера 11,7 мм/с.

1.3 Закалочная камера



Техническая характеристика закалочной камеры

Производительность, кг/ч……………………………….220…250

Регулирование производительности……………. бесступенчатое

Масса брикета, г…………………………………………….100 ± 2

Температура закаленного мороженого, °С……………..-12…-15

Потребление:

электроэнергии, кВтЧч…………………………………………5,75

холода, ккал/ч………………………………………………..18 200

Габаритные размеры, мм………………………...5090х4720х3250

Масса, кг…………………………………………………………7480



2. Выбор и обоснование датчика

Датчик - это устройство, воспринимающее регистрируемый параметр и преобразующее его в физическую величину, удобную для использования в последующих элементах автоматической системы .

В общем виде датчик представляют в виде двух функциональных элементов - чувствительного элемента и преобразующего элемента (Рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 - Функциональная схема датчика

Д - датчик;

ЧЭ - чувствительный элемент;

ПЭ - преобразующий элемент;

x(t) - контролируемый параметр;

x₁(t) - выходная величина ЧЭ;

y(t) - выходная физическая величина.

Измерение температуры в устройствах автоматики производят с помощью датчиков, функционирующих на основе зависимости того или иного параметра чувствительного элемента от температуры. Работа их основана на тепловом расширении твердых тел, жидкостей или газов, на изменении сопротивления проводников или полупроводников или изменении термо-ЭДС.



2.1 Обоснование требований к диапазону датчика и точностным характеристикам (допустимой погрешности)

Необходимо стабилизировать температурный режим процесса. Диапазон регулирования -19…-21°С (допустимые отклонения ±1°С). Согласно заданию у₀ = -20°С (середина диапазона). Подбираем датчик с диапазоном -50…+150°С и классом точности 1, включенный по мостовой схеме.

2.2 Выбор датчика и его типоразмер

Выбираем датчик температуры /термостат AD22100ATZ (AD)*

Технические параметры:
Рабочая температура	-50...+150°C
Точность измерения	1°C
Тип корпуса	TO-92-3, TO-226
Температура хранения	-65...+150°C

автоматизация технологический замораживание мясной



3. Описание структурной схемы автоматизации технологического процесса

Рисунок 3 - Структурная схема САР ТП

где: у₀ - заданный параметр;

у - регулируемый параметр;

f - возмущающее воздействие;

К_У - коэффициент передачи (КП) усилительного звена;

К_КЭ - КП корректирующего звена;

К_ИМ - КП исполнительного механизма;

К_ОР - КП объекта регулирования;

К_ОС - КП обратной связи;

е - рассогласование между у₀ и у₁;

z₁, z₂ - промежуточные значения сигналов;

ф₁, ф₂, ф₃ - постоянные времени.

Параметры звеньев САР: K_y = 120, K_им = 4,0, К_ор = 1,05, ф₂ = 10,0 с, К_ос = 0,10, ф₃ = 20,0 с, у₀ = - 20 1 ⁰С, ф₁ = 0.

Описание элементов САР:

- сравнивающее устройство, вырабатывающее сигнал ошибки (рассогласования) на основании результата сравнения действительного значения регулируемой величины с её заданным значением. Заданный параметр у₀= -20 1⁰С;

- усилительное устройство, усиливает мощность сигнала;

- корректирующее устройство в системе автоматического управления (САУ), которое обеспечивает заданные показатели качества работы этой системы;

- передача усилительного звена, K_y=170.

- исполнительное устройство системы автоматического управления или регулирования, воздействующее на процесс в соответствии с получаемой командой информацией. Состоит из двух функциональных блоков: исполнительного устройства (если исполнительное устройство механическое, то его часто называют исполнительный механизм) и регулирующего органа. Элементами электрических исполнительных механизмов, как следует из блок-схемы, являются электродвигатели, редукторы, тормозные устройства, преобразователи положения, указатели положения и микропереключатели; эти элементы смонтированы, как правило, в едином корпусе. Коэффициент передачи ИМ K_им = 4,0, постоянная времени ф₁ = 0;

- объект регулирования. В данной курсовой работе в качестве ОР выступает холодильная камера. ОР обеспечивает пропорциональное значение управляемой величины объекта управления задающей величины, подаваемой на САР. Коэффициент передачи ОР К_ор = 1,05, постоянная времени ф₂ = 10,0 с;

- элемент обратной связи, преобразующий управляемую величину у в вид, удобный для сравнения с задающим сигналом. Коэффициент передачи ОС К_ос=0,10, постоянная времени ф₃= 20 с.

К датчикам температуры пищевых продуктов в процессе пастеризации предъявляется ряд специфических требований:

- В связи с применением на пищевом производстве, конструкция датчика должна удовлетворять требованиям гигиенического исполнения.

- Датчик должен обеспечивать контроль температуры не только замораживания, но и SIP-процесса.

- Датчик температуры замораживания обязан иметь высокую степень защиты.

- Датчик темпертуры должен иметь компактную конструкцию, так как в зависимости от применяемого оборудования замораживания место для установки датчика может быть ограничено.

- Результаты измерения не должны зависеть от температуры окружающей среды и обладать большой скоростью реакции на изменение температуры.



4. Анализ САР

4.1 Определение коэффициента передачи корректирующего элемента усилителя

Для определения коэффициента передачи корректирующего элемента усилителя К_КЭ можно воспользоваться методикой расчета в [1].

В качестве исходных данных здесь необходимо использовать ограничения по статической ошибке САР, заданные для технологического процесса (согласно заданию) как y₀ ± Д_y=20 °С. При этом следует помнить, что по определению, статическая ошибка равна разности между установившимся значением контролируемого параметра y_уст и его заданным значением y₀, то есть

Д_y = y_уст - y₀ ,

у_уст = -20+1 = -19,

у_уст = -20-1 = -21;

-21 < у_уст < -19.

Между передаточной и переходной характеристиками линейной системы с постоянными параметрами лежит связь, позволяющая утверждать что

К(0) = h(?).

Значение h(?) характеризует состояние САР в установившемся режиме, когда все переходные процессы заканчиваются. При t > ? контролируемый параметр y > y_уст. Предположив, что р = 0, выражение для передаточной функции САР, после преобразований имеет вид:



где А = К_У К_ИМ К_ОР=;

В = 1+К_ОС К_У К_ИМ К_ОР =

Если использовать испытательный сигнал в виде y₀ 1(t), то получим переходную характеристику также в виде y₀ h(t). Тогда

y_уст = y₀ К(0) = y₀ h(?).

Но согласно заданию

y₀ - Д_y ? y_уст? y₀ + Д_y или y₀ - Д_y ? ? y₀ + Д_y .

В последнем неравенстве неизвестным является параметр К_КЭ, значения которого несложно определить из системы

(y₀ - Д_y) () ? y₀ А _,

(y₀ + Д_y) () ? y₀ А.

2,857

3

Так как в системе имеются звенья, охваченные обратной связью, то их заменяют одним эквивалентным звеном. Так для усилителя, входящего в состав САР (рис.2), передаточная функция будет иметь вид:

,

.

Передаточная функция САР с обратной связью определяет взаимосвязь между регулируемой величиной у(t) и задающим воздействием у_0. В операторной форме эта взаимосвязь описывается передаточной функцией К(р):

где К_п(р) -передаточная функция прямой передачи системы;

К_р(р) -передаточная функция разомкнутой системы;

К_ос(р)-передаточная функция цепи обратной связи.

Согласно схеме САР представленной на рисунке 3.1.

Передаточная функция разомкнутой системы:

К_р(р) = К_ос(р)К_п(р);

.

4.2 Анализ устойчивости системы

Устойчивость системы - ее способность восстанавливать состояние равновесия после прекращения внешнего воздействия.

Для определения устойчивости САР существуют специальные признаки - критерии устойчивости.

4.2.1 Алгебраический критерий (критерий Гурвица)

Данный критерий основан на анализе коэффициентов характеристического уравнения замкнутой САР:

.

Q (p) =

Согласно критерию Гурвица САР будет устойчива, если все коэффициенты характеристического уравнения n-го порядка положительны и все определители Гурвица до (n-1)-го порядка больше нуля.

, ,

Так как при а₀>0, то САР устойчива.

4.2.2 Частотный критерий (критерий Найквиста)

Этот критерий позволяет определить устойчивость замкнутой САР, используя амплитудно-фазовую характеристику (АФХ) разомкнутой САР.

Путем формальной замены в выражении разомкнутой системы р на jw, то получим выражение для АФХ разомкнутой САР.

Представим данное выражение в алгебраической форме:

где = - вещественная часть;

= - мнимая часть.

Согласно полученному выражению для АФХ с помощью Excel вычисляем численные значения вещественной и мнимой частей. Вычисленные значения для и при изменении щ от 0 до ?. Согласно этим значениям построен годограф.

Полученные данные сведем в таблицу 1.

По данным табл.1 построим годограф АФХ САР, изображенный на рис. 6.

Таблица 1

Значения вещественной и мнимой части

щ, рад/с	А(щ)	В(щ)
0	0,29	0
0,01	0,267995	-0,059330481
0,02	0,213216	-0,100138851
0,03	0,148682	-0,116538236
0,04	0,092046	-0,114195889
0,05	0,049934	-0,101971316
0,06	0,021646	-0,086565948
0,07	0,003886	-0,071606065
0,08	-0,00668	-0,05856037
0,09	-0,01262	-0,047755819
0,1	-0,01567	-0,039027499
0,11	-0,01698	-0,032051438
0,12	-0,01724	-0,026490993
0,13	-0,0169	-0,02205068
0,14	-0,01623	-0,01848899
0,15	-0,0154	-0,015615131
0,16	-0,01449	-0,013280798
0,17	-0,01358	-0,011371461
0,18	-0,0127	-0,00979877
0,19	-0,01185	-0,008494419
0,2	-0,01106	-0,007405378
0,21	-0,01032	-0,006490259
0,22	-0,00964	-0,005716567
0,23	-0,00902	-0,005058628
0,24	-0,00844	-0,004496029
0,25	-0,00791	-0,004012432
0,3	-0,00583	-0,002396218
0,4	-0,00348	-0,001043558
0,5	-0,00229	-0,000542318
0,6	-0,00161	-0,000316406
0,7	-0,00119	-0,000200236
0,8	-0,00092	-0,000134573
0,9	-0,00073	-9,47226E-05
1	-0,00059	-6,91615E-05
?	0	0

4.2.3 Определение запаса устойчивости системы

Наибольшее распространение для определения запаса устойчивости получил способ, основанный на использовании критерия Найквиста.

Определяются две величины - запас устойчивости по амплитуде и запас устойчивости по фазе.

Запас устойчивости по амплитуде определяется как величина ?К, на которую может возрасти модуль АЧХ разомкнутой системы, чтобы система оказалась на границе устойчивости.

?К = 0 -(-1) = 1

Запас устойчивости по фазе равен величине ?, на которую должно измениться запаздывание по фазе, чтобы система оказалась на границе устойчивости.

Дуга радиусом R = 1 проведенная из центра координат из точки (-1;j0) не пересекает годограф, значит ?

Система абсолютно устойчива по критерию Найквиста.

4.3 Качество управления системы

Оценка качества САУ производится по показателям качества, к которым относятся:

1) статическая ошибка;

2) величина перерегулирования;

3) время переходного процесса.

Переходную характеристику САР получаем путем умножения изображения единичной функции 1/(р) на передаточную функцию K(p). Затем переходят от изображения переходной характеристики к ее оригиналу [1]

= 0

Корни данного уравнения представлены в комплексной форме:

Затем строится график переходной характеристики, при этом, функции h(t) присваивают размерность регулируемого параметра y(t) путем умножения h(t) на заданное значение параметра у₀(без ±Д_y).

Согласно полученному выражению с помощью Excel вычисляем численное значение h(t). Вычисленные значения приведены в таблице 4.2. Согласно этим значениям построен график переходной характеристики.

Таблица 4.2

Значения переходной характеристики

t	h
0	0,00
1	-1,59
2	-3,08
3	-4,47
4	-5,78
5	-7,01
6	-8,15
7	-9,23
8	-10,23
9	-11,16
10	-12,03
11	-12,83
12	-13,58
13	-14,28
14	-14,93
15	-15,52
16	-16,07
17	-16,58
18	-17,05
19	-17,48
20	-17,88
25	-19,41
30	-20,35
35	-20,88
40	-21,14
45	-21,23
50	-21,21
55	-21,13
60	-21,03
65	-20,92
69	-20,84
70	-20,82
80	-20,65
90	-20,54
100	-20,47
110	-20,43
120	-20,41
130	-20,40
140	-20,40
150	-20,40
160	-20,40
170	-20,40

4.3.1 Определение статической ошибки

Статическая ошибка может быть абсолютная и относительная. Абсолютная статическая ошибка определяется как разность между установившемся значением регулируемого параметра у_уст и его заданным значением у₀.

_,

⁰С

Относительная статическая ошибка равна отношению абсолютной статической ошибки к заданному значению параметра у₀.

4.3.2 Величина перерегулирования

Этот показатель определяют как максимальную относительную динамическую ошибку из соотношения

Согласно переходной характеристике y₁=21,23°С; y₀=-20°С, отсюда имеем:

4.3.3 Время переходного процесса

Данный показатель характеризует быстродействие САР, под которым понимают промежуток времени t_nот начала приложения внешнего воздействия до установления значения выходной величины у(t) в пределах, где ? - допустимая динамическая ошибка, ? = 1[2].

Из рисунка 4.2 видно, что t_n = 75 с.



5. Безопасность жизнедеятельности

1. Общие требования безопасности

1.1 К работе машинистом холодильной установки допускаются лица не моложе 18 лет, которые прошли медицинский осмотр и не имеют медицинских противопоказаний, прошли специальное обучение и имеют соответствующее удостоверение, прошли вводный инструктаж по охране труда, инструктаж на рабочем месте и инструктаж по пожарной безопасности.

1.2 Машинист холодильной установки должен иметь группу по электробезопасности не ниже II.

Машинист холодильной установки должен:

1.2.1 Знать устройство и правила безопасной эксплуатации обслуживаемой холодильной установки.

1.2.2 Проходить периодическую проверку знаний не реже одного раза в 12 месяцев с отметкой в удостоверении.

1.2.3 Знать токсичное действие на организм человека газа в случае его истечения [5].

1.2.4 Выполнять правила внутреннего трудового распорядка.

1.2.5 Не допускать посторонних лиц на свое рабочее место.

1.2.6 Работать только на той установке, устройство и правила безопасной эксплуатации которой знает и по которым проинструктирован.

1.2.7 Помнить о личной ответственности за выполнение правил охраны труда и ответственность за сослуживцев.

1.2.8 Не выполнять указаний, которые противоречат правилам охраны труда.

1.2.9 Пользоваться спецодеждой и средствами индивидуальной защиты.

1.2.10 Уметь оказывать первую медицинскую помощь пострадавшим от несчастных случаев.

1.2.11 Уметь пользоваться первичными средствами пожаротушения.

1.3 Основные опасные и вредные производственные факторы, которые действуют на машиниста:

1.3.1 Поражени...