ЛУЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Реферат
на тему
Автоматизація технологічних процесів
Роботу виконав
Студент групи АВ-41
Лютяниця Роман Олександрович
Перевірив
___________________
___________________
Луцьк 2021
Автоматизація технологічних процесів
Важливе місце серед науково-технічних проблем розвитку харчової промисловості відводиться автоматизації виробничих процесів і виробництв.
Автоматизація виробництва – це процес в розвитку машинного виробництва, при якому функції керування та контролю, раніше виконувані людиною, перекладаються на прилади і автоматичне обладнання.
Основними задачами автоматизації є інтенсифікація виробництв на основі впровадження нових досягнень науки та техніки, скорочення числа технологічних переходів, впровадження безперервних схем виробництв, подальший розвиток рівня механізації та автоматизації. В умовах науково-технічного прогресу автоматизація є однією з його рушійних сил. Вона впливає на вдосконалення технології, механізацію виробничих процесів, забезпечує умови для створення більш важких високопродуктивних процесів, які без автоматизації розробити та реалізувати неможливо. Масштабність задач, що вирішуються харчовою промисловістю, потребує створення заводів, цехів з високим ступенем автоматизації виробництва, удосконалення форм планування та керуванням якості продукції, технологічними процесами та виробництвом на базі ЕОМ;створення приладів та систем автоматизації на базі традиційних технічних засобів, а також мікропроцесорної техніки. Успішне функціонування технологічних процесів, отримання високої якості можуть бути забезпечені лише при великомасштабному впровадженні автоматизації, при якій функції керування та контролю передаються приладам та автоматичним системам.
Розвиток автоматизації підприємств здійснюється в трьох напрямках: Перший напрямок - розробка приладів та засобів автоматизації.
Другий напрямок-створення систем автоматичного керування та регулювання, в тому числі з використанням мікропроцесорів та мікро – ЕОМ.
Третій напрямок - створення автоматизованих систем керування технологічними процесами з використанням керуючих міні - та мікро - ЕОМ.
На сучасному етапі розвитку харчової промисловості заснованого на безперервності технологічного процесу з використанням основного беззупинно-діючого устаткування, є всі передумови для комплексної і повної автоматизації технологічних процесів.
Зростання продуктивності праці в харчовій промисловості, розробка нових технологій, спрямованих на поліпшення якості і підвищення ефективності виробництва, вимагають відновлення й удосконалювання систем керування на базі новітніх засобів вимірювання і автоматизації.
Автоматизація технологічних процесів є найважливішим засобом підвищення продуктивності праці, скорочення витрат матеріалів та енергії, поліпшення якості продукції, впровадження прогресивних методів керування виробництвом і підвищення надійності роботи.
При будь-якому виді керування в тій чи іншій ступені виконуються наступні етапи:
одержання інформації про стан об’єкта керування;
обробка й аналіз отриманої інформації, на підставі якої формується рішення про необхідність і характер впливів на об’єкт керування;
реалізація прийнятого рішення, наприклад, шляхом зміни матеріальних чи енергетичних потоків.
Виконання першого етапу зв’язано з визначенням значень величин, що характеризують стан об’єкта керування: тисків, температури, витрати, рівня у технологічних апаратах, фізико-хімічних показників речовин, що переробляються на різних стадіях технологічного процесу і т.д.
При ручному керуванні людина виконує всі функції по аналізу технологічного процесу, прийняттю і здійсненню рішень про вплив на процес. Застосовується також ручне дистанційне керування, коли людина впливає на процес на відстані за допомогою спеціальних пристроїв. У цьому випадку вона одержує інформацію про параметри процесу за допомогою систем автоматичного контролю за показниками автоматичних контрольно-вимірювальних приладів.
При автоматизації без зупинних технологічних процесів велике значення має окремий випадок керування – регулювання. Призначення автоматичних систем регулювання (АСР) – підтримка заданих чи оптимальних значень величин, що визначають протікання технологічного процесу.
Автоматичні системи регулювання принципово можуть бути здійснені за допомогою досить простих технічних засобів – локальних регуляторів. Однак функціональні можливості таких систем дуже обмежені. Автоматизувати більш складні функції керування, такі, як оптимізація технологічного процесу чи прийняття рішень при неприпустимих порушеннях у ході технологічного процесу, неможливо без застосування засобів обчислювальної техніки і пристроїв оперативного обміну інформацією між виробничим персоналом і технічними засобами.
У зв’язку з цим стали широко застосовуватися автоматизовані системи керування (АСУ). Вони призначені як для керування технологічними процесами, так і для організаційного керування підприємствами. На відміну від автоматичних систем керування, що можуть функціонувати без участі людини, в автоматизованих системах керування передбачена участь людини (адміністративний і виробничо-технічний персонал, оператори і т.п.).
Одним з найбільш важливих і складних питань в цій сфері є автоматизація контрольних операцій. Вона може здійснюватись по лінії автоматизації як технологічного (активного), так і післяопераційного контролю, що відображає два принципово різних напрямки розвитку технічного контролю. Обидва методи мають важливе значення з точки зору забезпечення необхідної якості випускаємої продукції, однак очевидно, що активний контроль, спрямований на профілактику браку, тобто на забезпечення необхідної якості (точності) розмірних та інших параметрів виробів ще в процесі їх отримання, є більш прогресивним, а відповідно і перспективним. Нові можливості для високоефективної автоматизації харчових виробництв відкриває застосування мікропроцесорів та мікро - ЕОМ, робототехніки. Використання мікропроцесорів та мікро - ЕОМ для автоматизації машин, обладнання, приладів, для створення АСУ ТП дає можливість використання в харчовій промисловості в більших обсягах високопродуктивні енерго та матеріалозберігаючі технології. Застосування мікропроцесорів та мікро - ЕОМ розширює функціональні можливості обладнання, систем управління, значно підвищує надійність їх праці та в кінцевому рахунку позитивно відображується на якості виробляємої продукції. Впровадження робототехніки дозволяє звести до мінімуму малопродуктивну ручну працю, відкриває можливості для створення заводів-автоматів. Впровадження сучасної техніки автоматизації харчових виробництв, підвищення ефективності її використання можливі лише за участю висококваліфікованого персоналу, експлуатуючого автоматичні та автоматизовані системи управління, володіючого технічною базою автоматизації, основами розробки та проектування автоматичних та автоматизованих систем управління технологічними процесами в різних галузях харчової промисловості.
Метою автоматизації є підвищення ефективності праці, покращення якості випускаємої продукції, створення умов для оптимального використання усіх ресурсів виробництва. В умовах науково-технічного прогресу автоматизація є однією з його рушійних сил. Вона робить суттєвий вплив на удосконалення технологій, механізацію виробничих процесів, забезпечує умови для створення більш складних високопродуктивних процесів, які без автоматизації розробити та реалізувати неможливо.
Тому до факторів підвищення економічної ефективності можна віднести: підвищення якості продукції, зниження витрат сировини, скорочення відходів виробництва. Таким чином, автоматизація сприяє інтенсифікації харчових виробництв, дає суттєвий економічний ефект.
Аналіз технологічного об`єкту управління
Кристалізація цукру в продуктовому відділенні цукрового заводу здійснюється наступним чином. Очищений і з певною густиною розчин цукру, називаний сиропом, піддається уварюванню під розрідженням у вакуум-апаратах. Розчин стає перенасиченим, і цукор виділяється із нього у вигляді кристалів, які очищаються й після просушуванні відправляються на склад. Ефект очищення цукру досягається за рахунок того, що при рості кристалів з розчину виділяється майже чиста сахароза. Отримана в результаті уварювання сиропу суміш кристалів і міжкристальної рідини, називаної утфелем, розділяється шляхом центрифугирования. Чистий білий цукор, промитий водою, направляють у сушильно-пакувальне відділення, а рідина, відтік, уварюється вдруге у вакуум-апаратах. Уварювання сиропу або відтоку, називане також варінням утфеля, здійснюється у вакуум-апаратах періодичної або неперервної дії, що знайшли найбільше застосування в цукровому виробництві .
Вакуум-апарат уявляє собою вертикально розташований циліндричний корпус із конічним днищем, у якому вмонтовано широкий спускний отвір, що закривається шибером. Апарат має парову камеру, пронизану обігрівальними трубами. Усередині труб і навколо парової камери уварюється продукт. Обігрів здійснюється вторинною парою випарної установки. Випарювана з утфельної маси вода у вигляді пари відбирається в барометричний конденсатор, вакуум у якому підтримується за рахунок різкого зменшення об’єму води, що переходить із газоподібного стану в рідкий.
Процес варіння утфеля починається з набору сиропу, що всмоктується в апарат зі збірника при відкритій комунікації. Далі включають обігрів, і сироп під розрідженням кипить при температурі близько 70°С. На цій стадії процесу рівень підтримується постійним, концентрація сиропу і його в'язкість збільшуються, розчин стає перенасиченим. При досягненні необхідного перенасичення в апарат уводять порцію цукрової пудри. Кожний з безлічі дрібних кристаликів, які становлять цукрову пудру, служить центром кристалізації. Починається наступна стадія вирощування кристалів і доведення утфеля до заданих кондицій. Для одержання рівномірних кристалів застосовують підкачування сиропу, розчиняючи некондиційні кристали. Подальше уварювання при безперервних підкачуваннях приводить до утворення утфельної маси, що заповнює весь корисний обсяг апарата.
Ефективність процесу варіння утфеля характеризується величиною й рівномірністю кристалів, процентним вмістом їх в утфелі, тривалістю варіння, масою звареного утфеля. Ці показники залежать від багатьох вхідних і проміжних величин, таких, як хімічний склад і зміст домішок у сиропі, розрідження, температура пари, перенасичення цукрового розчину на різних стадіях процесу.
Найкращі умови протікання кристалізації створюються шляхом стабілізації розрідження в апараті, підтримки заданого рівня сиропу при уварюванні його до заведення кристалів, дозування сиропу, що підкачується, по програмі, це забезпечує найбільшу швидкість росту кондиційних кристалів за рахунок підтримки заданого перенасичення розчину. Недостатнє розрідження викликає підвищення температури кипіння, що прискорює розкладання сахарози. Недостатній рівень сиропу при наборі його й уварюванні до заведення кристалів приводить до недостатньої кількості повноцінних кристалів, а надлишок сиропу на цій стадії - до збільшення часу варіння. Надлишок сиропу, що підкачується, може привести до розчинення вже виниклих центрів кристалізації, а не достатня кількість - до зменшення швидкості росту кристалів, а отже, і до зниження продуктивності вакуум-апарата.
Опис структурних схем основних контурів регулювання
Опис схеми автоматизації.
Перший контур це регулювання температури утфелю в вакуум-апараті : Датчиком температури є термометр опору ТСМ – 50М (поз. 1а) з нього сигнал потрапляє на мікропроцесорний регулятор МІК-25 (поз. 1б) в регуляторі формується керуючий вплив , котрий через перетворювач ЕПП-63 (поз. 1в) впливає на виконавчий механізм типу МЭО (поз. 1г) котрий змінює кількість пари в апарат та нормалізує температуру утфелю.
Другий контур це регулювання рівня :
Інформація про рівень утфелю надходить з первинного перетворювача типу Vegason 62 (поз. 2а) у вигляді уніфікованого струмового сигналу 0…5мА та потрапляє на регулятор (поз. 2б) з якого керування перетворюється в ЕПП-63 (поз. 2в) в пневматичний сигнал 20-100 кПа та переміщює виконавчий механізм типу МЭО (поз. 2г) котрий змінює кількість вхідного продукту що призводить до зміни рівня.
Третій контур це регулювання розрідження в апараті:
Датчиком розрідження є перетворювач типу Aplisens PS - 28 (поз. 3а) який має вихідний сигнал 0….5мА що подається на вхід регулятору МIK-25 (поз. 3б) на якому формує керуючий вплив на виконавчий механізм типу МЭО (поз. 3г) що керує процесом, візуально можна також контролювати зміну параметру на передній панелі регулятора.
Четвертий контур – це регулювання в’язкості утфелю:
Датчиком є ротаційний віскозиметр типу ВСН – 3 , з якого сигнал надходить на мікропроцесорний регулятор МІК-25 (поз. 4б) котрий згідно завдання формує керуючий вплив на виконавчий механізм типу МЭО (поз. 4г) що керує процесом розвантаження утфелю.
П`ятий контур - це регулювання температури в збірнику .
Датчиком температури є термометр опору ТСМ – 50М (поз. 5а) з нього сигнал потрапляє на мікропроцесорний регулятор МІК-25 (поз. 5 б) в регуляторі формується керуючий вплив , котрий через перетворювач ЕПП-63 (поз. 5в) впливає на виконавчий механізм типу МЭО (поз. 5г) котрий змінює кількість пари в апарат та нормалізує температуру сиропу.
Перелік і технічна характеристика засобів автоматизації контурів управління
В якості регулюючих засобів вибрані мікропроцесорні регулятори МІК – 25.
Регулятори МІК-25 являють собою новий клас сучасних цифрових регуляторів безперервної дії з аналоговим, імпульсним або двопозиційним виходом. Регулятори застосовуються для керування технологічними процесами в промисловості. Регулятор МІК-25 дозволяє забезпечити високу точність підтримки значення вимірюваного параметра. Відмітною особливістю регулятора МІК-25 є наявність трирівневої гальванічної ізоляції між входами, виходами й ланцюгом живлення.
Регулятор призначений як для автономного, так і для комплексного використання в АСУТП в енергетиці, металургії, хімічній, харчовій й іншій галузях промисловості й народному господарстві.
Регулятор МІК-25 призначений:
- для виміру контрольованого вхідного фізичного параметра (температура, тиск, витрата, рівень і т.п.), обробки, перетворення й відображення його поточного значення на вбудованому чотирьохрозрядному цифровому індикаторі;
- регулятор формує вихідний аналоговий або імпульсний сигнал керування зовнішнім виконавчим механізмом, забезпечуючи аналогове, імпульсне або позиційне регулювання вхідного параметра по П, ПІ, ПД або ПІД закону відповідно до заданою користувачем логікою роботи і параметрами регулювання.
Регулятор являє собою вільно програмувальний компактний прилад. Користувач, що не має знань і навичок програмування, може просто викликати й виконувати ці функції шляхом конфігурації регулятора МІК-25. Регулятори МІК-25 дуже гнучкі у використанні й можуть швидко й легко, змінивши конфігурацію, виконати більшість вимог, що зустрічають, і завдань керування технологічними процесами.
Характеристики первинних і вторинних перетворювачів наведені в таблиці.Перетворювачі тиску типу Aplisens PS - 28. Ці манометри забезпечують безперервне перетворення значення вимірюваного параметра (тиску надлишкового, абсолютного, розрідження, різниці тисків нейтральних й агресивних середовищ) в уніфікований струмовий сигнал для дистанційної передачі (0-5 мА, 0-20 мА та 4-20 мА).
Для відображення технологічного параметру використаний технологічний індикатор ІТМ – 20
Індикатор ІТМ-20 сконструйований по блоковому принципі й включає:
пластмасовий корпус;
фронтальний блок передньої панелі з елементами обслуговування (клавіатурою) і індикації;
блок задньої частини з клемною колодкою й роз'ємом для підключення клемно-блочних з'єднувачів, призначених для підключення зовнішніх вхідних і вихідних ланцюгів.
Для кращого спостереження й керування технологічним процесом індикатор ІТМ-20 обладнаний активною чотирирозрядною цифровою й аналоговою шкалами, а також кнопками управління.
Прилад ІТМ-20 має виходи для підключення технологічної сигналізації.
Для вимірювання рівня використаний ультразвуковий рівнемір типу Vegason 62
Технічні характеристики :
Робоча температура 20 … 150оС
Вихідний сигнал 4 ... 20 мА
Діапазон вимірювання 0 … 3
ВИСНОВОК
Досліджено особливості функціонування вакуум-апарату, на основі цього сформовано основні вимоги до технічних засобів автоматизації, відповідно до яких вибрані необхідні прилади. Для вимірювання температури використовується термоперетворювач опору ТСМ – 50М, для вимірювання рівня – електричні перетворювачі тиску типу Aplisens PS - 28. Дані прилади мають уніфікований струмовий вихідний сигнал. В якості виконавчих механізмів обрано виконавчі механізми МЭО.
На основі отриманої системи автоматизації побудовано структурні схеми контурів управління. Після чого складено схему з’єднань усіх ТЗ автоматизації.
Уci вище перераховані схеми графічно зображені у графічній частині проекту.
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ
Технічні засоби автоматизації: Методичні вказівки до виконання курсової роботи для студентів спеціальностей 6.092502 всіх форм навчання/ Уклад. С.А. Киричук; Ю.Б. Бєляєв. – К.: НУХТ, 2005
Широков Л.А., В.И. Михайлов, Р.З. Фельдман и др. “Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в пищевой промышленности”. М.: Агропромиздат, 1986
Ладанюк А.П., Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д. “Автоматизація технологічних процесів і виробництв харчової промисловості”. К.: Аграрна освіта, 2001
Клюев А.С. “Проектирование систем автоматизации технологических процесов”. М.: Энергоатомиздат, 1990
Руководство по эксплуатации универсального микропроцессорного ПИД – регулятора МИК-21 ПРМК.421457.103 РЭ1, Ивано-Франковск, 2004