Проектування системи автоматизації хлібопекарної печі

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступ

Автоматизація технологічних процесів є одним з вирішальних факторів підвищення продуктивності і покращення умов праці, підвищення якості і розширення асортименту продукції.

На даному етапі розвитку, в харчовій промисловості використовуються складні і трудомісткі технології, які потребують розробки комплексної автоматизації даних підприємств. Впровадження прогресивних технологій, механізації і автоматизації окремих виробничих процесів має забезпечувати добру якість виробів, підвищення продуктивності праці на хлібозаводах, економію сировини та матеріалів.

На даний момент, без сучасних систем автоматичного регулювання, які вловлюють напрям до зміни параметрів таких як температура в камері печі і у відповідності керуючою роботою пальника, в печі не вдалося би стабільно підтримувати на заданому рівні температуру в камерах, що в свою чергу призводить до виробництва продукції з непотрібним якісним показником.

Тому повинна спрацювати швидка зупинка печі, у випадку аварійної ситуації, оператор не завжди зміг би зробити настільки своєчасно, як це зробить захисний автоматичний пристрій. Тому показник якості будь-якої системи автоматичного регулювання залежить від багатьох причин, а саме: як вона спроектована, як змонтована, як налагоджена і як експлуатується.

В даному дипломному проекті необхідно розробити автоматизовану систему керування технологічними процесами випікання хліба. Для розробки АСКТП випікання хліба використовуємо малоканальний багатофункціональний мікропроцесорний контролер РЕМІКОНТ Р-130. В даному дипломному проекті також розглядаємо питання монтажу АСКТП випікання хліба, проводимо економічний розрахунок доцільності використання автоматизації технологічних процесів.

1. Технологічна частина

1.1 Наукові основи процесу випікання хліба

Якість хліба значною мірою залежить від режиму протікання кожної технологічної стадії, але найважливішою операцією, від якої залежать смакові якості хліба є операція випікання.

В результаті інтенсивного нагрівання, випічка проходить при температурі 200-280єС, тісто поступово перетворюється в хліб. Режими випікання хліба встановлюються в залежності від сорту борошна, вологості тіста, маси і форми виробу, способу випікання, параметрів газового середовища в камері та інших факторів. Тривалість випічки є меншою для виробів з пшеничного борошна, більш високої вологості тіста і меншої маси.

Висока температура і висока вологість газового середовища в пекарній камері теж прискорюють випічку. Тепло виробам передається термовипромінюванням, конвенцією і кондукцією, при цьому кількість тепла, яка передається випромінюванням, приблизно в 5-6 разів перевищує конвективний теплопідвід.

При випікання проходять різні взаємопов'язані процеси, причиною яких є нагрівання тіста і пов'язаний з цим теплообмін. Спочатку проходить порівняно швидкий приріст об'єму тістової заготовки. В середині виробу утворюється три різних шари: зовнішній «коринка»; середній, який лежить під коринкою і внутрішній, з пористою структурою. На поверхні куска тіста в початковій стадії конденсується пара з навколишнього середовища, прискорюючи прогрів тіста. Через деякий час температура поверхневого шару досягає температури точки роси, яка відповідає початку випаровування вологи, яка проходить при атмосферному тиску, шар прогрівається до температури 100єС, і при цих умовах залишається до кінця випаровування. В подальшому температура виробу зростає до кінця випікання.

За рахунок різних температур коринки і внутрішніх шарів, виникає градієнт температури, який в свою чергу, викликає тепловий потік, який направлений від зовнішніх шарів до центральних. За рахунок вологообміну, маса тіста до кінця випікання зменшується.

Одночасно з тепловими процесами при випіканні проходять мікробіологічні і біохімічні процеси.

Мікробіологічні процеси змінюються по мірі нагрівання. Дріжджі викликають інтенсивне спиртове бродіння при температурі 35єС і тривають до температури 40єС. Далі бродіння поступово запинає, при 45єС його інтенсивність різко спадає. При 60єС дріжджі відмирають.

Біохімічний процес пов'язаний з бродінням, яке викликається дріжджами та молочнокислими бактеріями. Під їх дією проходить накопичення спирту, молочної кислоти та інших ферментів, які забезпечують смак та аромат виробу. Ферменти борошна продовжують до кінця випікання гідролітичне розщеплення її компонентів, яке доповнюється кислотним гідролізом.

В результаті ферментативних процесів в тісті збільшується кількість водорозчинних вуглеводів. Одночасно проходить денатурація білків. Тому кількість водорозчинних азотистих речовин в хлібі значно менше, ніж в тістових заготовках. Подальший прогрів призводить до закріплення структури м'якушки та додає їй еластичності і пружності.

Тривалість і інтенсивність розглянутих процесів в значній мірі залежать від режима випічки. Еластичність, стискуваність та пружність м'якушу, також залежить від гідротермічного і теплового режимів робочої камери печі.

Режим випікання залежить від багатьох факторів:

1) від якості сировини;

2) від виду виробу;

3) від маси і форми тістових заготовок;

4) від конструкції печі та інших факторів.

Крім того, сам режим випікання визначається такими параметрами:

1) температурою газового середовища;

2) вологістю в печі;

3) часом випікання.

Для печі, на базі якої розробляється АСКТП випікання хліба, а саме хліба пшеничного в/с, застосовують наступний режим випікання, який поділяють на температурні зони.

I зона - 275єС;

II зона - 245єС;

III зона -205єС;

IV зона - 185єС.

Час випікання хліба - 40 хвилин.

За час випікання виріб втрачає 10ч30% вологи на 10ч15% маси.

При цьому вологість в пекарній камері підтримується в межах 75ч80%.

1.2 Опис технологічного обладнання

На ВАТ «Кічкарівський хлібзавод» випікання хліба пшеничного в/с відбувається за рахунок печі тонельного типу.

Печі хлібопекарські тонельного типу з газовим обігрівом мають переваг над іншими типами печей - легко піддаються автоматизації, забезпечують підтримку оптимальних параметрів пекарної камери по ходу процесу випічки, можуть бути швидко введені в робочий режим, що дає змогу випічку здійснити позмінно. Тонельні печі забезпечують організацію технологічних ліній з прямолінійним виробничим потоком. Вони мають гнучкий тепловий режим та високий ККД.

Піч складається з пічної частини (тунель), топки з пальником, розприділюючих і зворотних каналів із запобіжними шиберами і вентилятором і привідної частини із транспортною стрічкою.

Піч має два незалежні контури обігріву, кожний з яких забезпечений окремою топкою для згорання палива. Обігрівання пекарної камери здійснюється за рахунок рециркуляційних газів, продукту згорання палива, які по системі газопроводів поступають в канали обігріву.

Принцип роботи печі опишемо так: тістові заготовки переміщаються на транспортній стрічці через піч, яка має форму тунелю, проходячи через різні теплові зони, в яких відбувається випічка. На виході з печі хліб повністю випечений. Тунель зроблено таким чином, що гаряче повітря переміщується у верхній та нижній частинах тунелю. За допомогою спеціальних шиберів можна по бажанню регулювати притік гарячого повітря у верхню і нижню частину тунелю. Система обігріву основана на тязі, що повністю виключає проникнення горячих димових газів в пічний простір.

Характеристики печі наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Характеристика печі

Параметр	Розмірність	Величина
Продуктивність Площа поду печі Витрата газу Потужність ел. двигуна. Габарити довжина ширина висота довжина пекарної камери шинрина поду печі	т/добу м2 м3/т КВт м м м м м	25 50 76,5 14 27 3,2 3,4 25 2,5

В таблиці 1.2 представлено технологічну карту.

Таблиця 1.2 - Технологічна карта

Параметр	Од. вим-ння	Номін. значення	Допустиме відхилення
Температура І зони печі Температура II зони печі Температура III зони печі Температура IV зони печі Температура на виході з камери згорання 1-го купола Температура на виході з камери згорання 2-го купола Температура димових газів в рециркуляційних каналах 1-го купола Температура димових газів в рециркуляційних каналах 2-го купола Тиск в трубопроводі подачі газу до 1, 2 куполів Витрата газу до 1, 2 куполів при максимально відкритому клапану Витрата газу при мінімальному відкритті клапану Витрата вторинного повітря Вологість в пекарній камері	єС єС єС єС єС єС єС єС Па м3/год м3/год м3/год %	275 245 205 185 380 220 350 210 2200 50 70 10900 80	±5 ±5 ±5 ±5 ±2,5 ±2,5 ±5 ±5 ±100 ±2 ±2 ±100 ±5

1.3 Матеріальний баланс процесу

Розрахуємо потужність печі на хліб пшеничний, вага форми 0,95 кг.

З попереднього пункту візьмемо:

ширина поду печі - 2500 мм;

довжина поду печі - 25000 мм;

а також будемо мати на увазі, що діаметр виробу 230 мм, відстань між виробами становить близько - 50 мм.

Кількість рядів по довжині поду:

рядів

Кількість рядів по ширині поду:

рядів

Час випікання хлібу - 40 хвилин.

Вираховуємо годинну потужність печі.

кг/год

Потужність печі за зміну з врахуванням 20 хвилин на перезмінку (8 год. - 20 хв. = 4,66 год.).

Р_зм=1141,4·4,66=8743,3 кг/зміну

Відповідно за добу потужність буд складати:

Р_добу=8743,3·3=26229 кг

В таблиці 1.3 розпишемо рецептуру на 100 кг борошна.

Таблиця 1.3 - Рецептура на 100 кг борошна

Сировина	К-сть, кг	Витрата за год., кг/год
Борошно пшеничне в/с Сіль Дріжджі Вода	100 1,55 1,1 58	609,18 9,1 6,2 360

1.4 Тепловий баланс печі

В даному пічному агрегаті, як паливо використовують природній газ. Згідно заводських даних потужність одного пальника складає 320 КДж/с. В печі використовують два пальника відповідно потужність буде складати 640 КДж/с. Якщо прийняти, що час випічки складає 40 хвилин, тоді визначаємо розхід тепла на одну випічку:

Q=640·40· 60=1536000 КДж

Теплотворна здатність для природного палива складає Н_п.г.=32,68 КДж/м³. Визначаємо витрату газу на одну випічку:

м³

Визначимо витрату газу на зміну:

м³

де 11,49 - кількість випічок.

2. Аналіз технологічного процесу як об'єкту регулювання

Із аналізу технологічного процесу випікання в хлібопекарній печі та впливаючих на цей процес факторів одержимо наступну структурну схему, яка відображає взаємозв'язок між вхідними та вихідними параметрами.

Рисунок 2.1 - Структурна схема хлібопекарної печі

F₂ - витрата газу;

F_пари - витрата пари;

F_д.г. - витрата димових газів;

F_п - витрата повітря;

t ₁ - температура в першій зоні печі;

М - вологість в пекарній камері;

Р - тиск розрідження;

F_спів. - співвідношення витрат «паливо-повітря»;

m_з - маса заготовок;

f_з - форма заготовок;

Q_б - якісні показники борошна;

t _в - температура заготовок:

t_н.с - температура навколишнього середовища;

М_в - вологість заготовок;

К₁ - коефіцієнт теплопередачі від димових газів до пекарної камери;

К₂ - коефіцієнт теплопередачі від пари до пекарної камери;

К₃ - коефіцієнт теплопередачі від газового середовища в топці до пекарної камери;

К₄ - коефіцієнт теплопередачі від каналів до пекарної камери;

С₁ - питома теплоємність повітря;

С₂ - питома теплоємність газу;

- площа теплопередачі.

З аналізу структурної схеми видно, що основними вихідними величинами є температура на виході з камер згорання, температура в пекарній камері, вологість в пекарній камері.

На температуру в пекарній камері впливають витрата первинного та вторинного повітря, витрата газу, температура технологічного потоку, температура навколишнього середовища печі, склад газу С₂.

На температуру на виході з камери згорання впливають витрат і склад газу, а також витрата первинного повітря, на вологість в пекарній камері впливають: вологість пари, , температура технологічного потоку та температура в пекарній камері.

Зі структурної схеми взаємозв'язку між технологічними параметрами об'єкта можна зобразити висновок про доцільність наступних контурів регулювання: регулювання температури в першій зоні печі, регулювання вологості в пекарній камері, регулювання тиску розрідження в топці, регулювання співвідношення «паливо-повітря». Також зі структурної схеми випливає, що основними збуреннями є склад і консистенція тіста, тобто параметри які необхідно стабілізувати не в процесі випікання, а в процесі проведення замісу. Тому при аналізі процесу випікання ці параметри можна вважати сталими. Вплив коефіцієнтів теплопередачі необхідно враховувати при конструюванні печі і проведенні теплоізоляційних робіт. Розглянемо окремо кожен з контурів регулювання.

1. Контур регулювання температури в першій зоні печі. Зі структурної схеми рисунок 2.1 бачимо, що на температуру впливають: витрати газу, пари, димових газів, повітря, коефіцієнти теплопередачі К₁; К₂; К_З; К₄; теплоємності теплоносіїв С, площа теплопередачі .

Якщо врахувати, що по кожному каналу ми маємо функцію передачі, то структурну схему по даному каналу регулювання можна зобразити у вигляді рисунка 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурна схема по каналу регулювання температури

2. Контур регулювання вологості в пекарній камері.

Зі структурної схеми мал.

2.1. отримуємо, що на вологість в пекарній камері впливають: температура в печі та витрата пари. Враховуючи функцію передачі по кожному каналу, отримуємо структурну схему у вигляді рисунка 2.3.



Рисунок 2.3 - Структурна схема по каналу регулювання вологості

3. Контур регулювання тиску розрідження в топці.

Зі схеми рисунок 2.1. отримуємо, що на тиск розрідження в топці впливають: витрата димових газів, співвідношення витрат «паливо-повітря», витрата газу, витрата повітря. Враховуючи функції передачі по кожному каналу, отримуємо рисунок 2.4.

Рисунок 2.4 - Структурна схема по каналу регулювання тиску

4. Контур регулювання співвідношення - «паливо-повітря».

На співвідношення «паливо-повітря» впливають параметри: витрата повітря та газу, температура в печі. Враховуючи функцію передачі по кожному каналу, отримуємо рисунок 2.5.

Рисунок 2.5 - Структурна схема

3. Обґрунтування вибору функціональної схеми керування

На даний момент - в епоху переходу країни до ринкової економіки, перед підприємствами, і зокрема перед підприємствами харчової промисловості, постала проблема якнайбільш ефективного господарювання.

Її рішення вимагає проведення наступних техніко-економічних заходів:

· підвищення якості продукції з одночасним зменшенням її собівартості і втрат на виробництві;

· введення нових прогресивних технологій, які б дозволили знизити витрати матеріальних, сировинних і енергетичних ресурсів, більш повно використовувати потужність підприємства, підвищити обсяг виходу готової продукції;

· розширення асортименту виробів для покращення їх конкурентоспроможності;

· покращення системи обліку та стандартизації готової продукції, сировини, напівфабрикатів, енергії, тощо;

· покращення системи взаєморозрахунків, що дозволило би прискорити обіг оборотних коштів;

· покращення умов роботи працівників;

· проведення заходів з автоматизації і механізації виробництва, що дозволило б досягнути неперервності процесів виробництва, зменшити частку ручної праці, зменшити кількість браку;

· проведення систематичного нагляду, капітального і поточного ремонтів обладнання.

На даний час рівень автоматизації Луцького хлібозаводу не дозволяє вирішення поставлених задач. Велика кількість обладнання потребує заміни або капітального ремонту, що було передбачено на 2000 рік і частково вирішено. Відсутність системи обліку не дозволяє точно контролювати обсяг готової продукції сировини і напівфабрикатів. Багато процесів проводяться із застосуванням ручної праці, що безумовно знижує якість продукції. Тому поряд із заміною обладнання, доцільно здійснити заміну старої системи автоматизації на нову з застосуванням сучасної мікропроцесорної техніки. Це дозволяє зменшити собівартість продукції за рахунок наступних факторів:

· зменшення витрат сировини і матеріалів ведення в процес відповідних регуляторів дозволить більш точно проводити дозування сировини, підвищити якість продукції та її вихід, тощо;

· зменшення кількості обслуговуючого персоналу та інше.

Обґрунтуємо вибрану систему автоматизації. Температура в пекарній камері буде залежати від кількості спалюваного газу, кількості повітря на спалювання, витрати вторинного повітря. Для усунення збурення по витраті вторинного повітря, ця витрата має бути постійною; вона визначається продуктивністю вентилятора. Ефективності спалювання для одержання заданої температури, при мінімально можливій витраті газу, можна досягнути вибором витрати первинного повітря, що подається на спалювання. Надлишок витрати первинного повітря приведе до зменшення температури газів спалювання. Недостатня витрата до неповного спалювання газу і відповідно його перевитрати. Тому треба забезпечити задане співвідношення між витратами газу, первинного повітря, яке подається на спалювання. Якщо газ, який подається на спалювання метан, і склад газу в процесі випічки не змінюється, то згідно сахіометричного рівняння, а також враховуючи процентний вміст кисню в повітрі коефіцієнт надлишку повітря, це співвідношення буде складати 1ч11.

Оскільки температура в пекарній камері визначається температурою димових газів, то регулюємо температуру димових газів.

4. Розробка автоматизованої системи керування і обґрунтування вибору технічних засобів

В процесі випікання хліба пшеничного в/с згідно завдання 25 тон/добу, щоб отримати виріб високої якості необхідно регулювати наступні параметри, а саме:

1) регулювати температуру в першій зоні печі шляхом зміни витрати палива, яке надходить для нагріву печі;

2) регулювати співвідношення паливо-повітря, шляхом зміни витрати повітря;

3) контролювати температуру в чотирьох зонах пекарної печі;

4) проводити захист та сигналізувати значення таких параметрів для двох камер згорання:

а) наявність факелу горіння;

б) тиск у трубопроводах подачі газу;

в) подачу повітря в заданій пропорції до газу.

5) регулювати температуру в другій зоні печі шляхом зміни витрати палива, яке надходить до нагріву печі;

6) регулювати співвідношення паливо-повітря, шляхом зміни витрати повітря в другій топці;

7) контролювати, за швидкістю руху конвеєрної стрічки;

8) контролювати за витратами палива та повітря, проводити обмін;

9) контролювати викид димових газів.

Контури регулювання, захисту та сигналізації на ФСА відповідають даним пунктам. графічна частина лист №1.

Структура технічних засобів автоматизованої системи керування технологічним процесом випікання хліба включає в себе крім регулюючих органів, виконавчих механізмів, давачів, ще і вторинні показуючі та реєструючі прилади, а також мікропроцесорний контролер Р-130.

Для реєстрації температур та витрат газу використовуються реєструючі автоматичні одноканальні прилади РП-160. Ці прилади розраховані на роботу з термоперетворювачами опору і термоелектричними перетворювачами. Прилади мають відповідні характеристики по захищеності від впливу зовнішнього середовища, наприклад:

1) стійкість до дії вібраційних навантажень, в діапазоні часто від 1 до 60 Гц.

2) зберігають свої характеристики після сейсмічних впливів інтенсивністю до 9 балів при висоті встановлення до 40 м.

3) прилади допускают експлуатацію при наявності в атмосфері корозійних агентів, а також стійкі до дії пліснявих грибів, придатні для експлуатації в діапазоні температур від 5єС до 50єС і відносній вологості до 98% при температурі 35єС та нижче.

Вся електронна частина приладів виконана на уніфікованих легкоз'ємних модулях, що дозволяє легко виявляти та усувати несправність. Обмеження пересування вказівника при заході на крайні відмітки шкали здійснюється електричним способом. Прилади мають пристрій контрою справності по колу живлення та по вимірювальному колу, а також індикатор вмикається. Запис здійснюється в прямокутних координатах на діаграмній стрічці кульовим пишучим вузлом. У випадку показу параметра основна похибка складає ±0,5%, у випадку реєстрації - ±1%.

Для здійснення регулювання спалювального газу використаємо промисловий контролер «РЕМІКОНТ» Р-130.

РЕМІКОНТ Р-130 - це компактний малоканальний багатофункціональний мікропроцесорний контролер, призначений для автоматичного регулювання і логічного керування. Один РЕМІКОНТ Р-130 дозволяє комплексно розв'язати будь-яку задачу автоматизації з кількістю самостійних каналів управління не більше чотирьох. На передній панелі контролерів розміщені органи оперативного керування за допомогою яких реалізуються оперативні команди по зміні режимів роботи, запуску програми і контролю різних типів сигналів Р-130 реалізує одноконтурне, каскадне, програмне, супервізорне регулювання. Також передбачено логічно-програмне керування послідовними діями з використанням функції булевої алгебри, таймерів та лічильників.

В даному проекті використовується контролер регулюючої моделі, головний блок БК21.

Регулююча модель виконує додаткові функції:

1) Ручне встановлення або автоматична настройка параметрів настройки алгоритмів;

2) безударна зміна режимів керування, безударне включення, відключення, переключення і конфігурування контурів регулювання будь-якої складності.

3) вибіркове оперативне керування і контроль за контурами регулювання за допомогою дванадцяти клавіш і 2-х; 4-х розрядних цифрових індикаторів;

4) самодіагностика, сигналізація і індикація несправностей.

Стандартні аналогові та дискретні давачі, виконавчі механізми під'єднуються до РЕМІКОНТА Р-130 за допомогою індивідуальних кабельних ліній. Всередині контролера сигнали обробляються в цифровій формі. Для спряження з обчислювальними засобами верхнього рівня в контролері передбачено цифровий канал з інтерфейсом типу RS232. Для обміну інформацією контролери можуть об'єднуватись в локальну мережу «Транзит» кільцевої конфігурації, для організації якої непотрібно додаткових засобів.

РЕМІКОНТ Р-130 є комплексом технічних засобів, в склад якого входить центральний мікропроцесорний блок контролера та низка додаткових блоків.

У проекті передбачено використання двох контролерів регулюючої моделі. Один з них має блок контролера типу БК-21-22: 8 аналогових входів і 4 дискретних виходи ПЗО гр. А та 8 аналогових входів і 4 дискретних виходи ПЗО гр. Б.

Цей контролер використовується для здійснення і підтримування заданої границі температур на виході з камери згорання, підтримки співвідношення витрат палива і повітря. Крім цього на цей контролер заводяться аналогові сигнали від давачів обертів вентиляторів, що встановленні для здійснення сигналізації.

Другий контролер використовується для обробки сигналів від давачів, що використовуються для сигналізації. Цей контролер має блок контролера типу БК-21-73: 16 дискретних входів та 16 дискретних виходів.

Вибір первинних перетворювачів проводимо згідно літературних даних, по всім вимогам.

Для вимірювання різниці тисків використовуємо перетворювач САПФІР-22ДД-2410; тиск в газопроводі вимірюється електроконтактним манометром ВЭ-16-РБ; для вимірювання температури вибираємо відповідно: Манометричний конденсаційний термометр ТПП2-1; термоперетворювач опоровий ТСП-1388; термометр опоровий ТСП-0879. Для реєстрації величин використовуємо РП-160-08 - прилад показуючий та реєструючий. При вимірюванні витрат газу, повітря використовуємо стандартні звужуючі пристрої попередньо розраховані або вибрані за параметрами ДК 6-300. Виконавчі механізми вибираємо електричні однообертові МЕО-250-63-0,25 та інші прилади. Всі прилади, які використовуються для автоматизації хлібопекарської печі розробленого проекту та їх характеристики вказані в специфікації на засоби ТЗА, розділ [10].

4.1 Опис програмного забезпечення

Розглянемо програмне забезпечення РЕМІКОНТа Р-130 з блоком контролера БК-21-22, який призначений для здійснення двох однотипних контурів регулювання температури газів на виході з камери згорання.

Структурна схема цього РЕМІКОНТа зображена на листі графічної частини. Лист№2.

Сигнали від вимірювальних перетворювачів поступають на алгоритми вводу каналового групи А (ВАА 07-04) та групи Б (ВАБ 07-04). Крім цього на обидві групи вводу поступають сигнали від давачів обертів вентилятора димових газів. Алгоритми вводу обох груп мають по 4 входи, що визначається модифікатором (т=04). Алгоритми застосовуються для зв'язку функціональних алгоритмів з аналоговими засобами аналового входу (аналогово-цифровими перетворювачами). Крім зв'язку з аналового-цифровими перетворювачами, алгоритми дозволяють коректувати діапазон вхідного сигналу. До вхідного аналового сигналу додається сигнал зміщення Х_зм. і отримана сума множиться на коефіцієнт К_м. Вихідний сигнал буде відповідно рівний:

у_і=(Х_ан._вхі+Х_зм._і)· К_мі

Сигнал по температурі подається на входи, аналогових засобів, алгоритму масштабованого входу алгоритму імпульсного регулювання PUM (PUM-21). На немасштабований вхід алгоритму імпульсного регулювання надходять сигнали від алгоритму завдання ЗДН 24-00-00. Цей алгоритм має наступні входи:

– С_СБ - включення статичного балансування;

– С_ДБ - включення динамічного балансування;

– V_дб - швидкість динамічного балансування;

– Х_вх - сигнал від зовнішнього задавача.

Алгоритм PUM використовується для побудови ПІД регулятора, який працює з виконавчим механізмом постійної швидкості. Функція передачі регулятора з алгоритмом PUM має вигляд:



Алгоритм PUM-21 має наступні входи:

01 X₁ - немасштабований вхід;

02 Х₂ - масштабований вхід;

03 К_м - масштабований коефіцієнт;

04 Т_ф - стала часу фільтра;

05 X - зона нечутливості;

06 К_п - коефіцієнт пропорційності;

07 Т_і - стала часу інте5грування;

08 К_D - коефіцієнт диференціювання;

09 Т_м - час повного ходу виконавчого механізму;

11 С_нас - команди переходу в режим настройки;

12 Х_но - рівень сигналу на виході нуль органа;

13 К₁ - коефіцієнт який встановлюється в залежності від властивостей об'єкту.

Вихідний сигнал алгоритму PUM через алгоритм ручного керування РУЧ йде на імпульсний вихід.

Алгоритм ОКО (оперативний контроль регулювання призначений для використання в таких випадках, коли оперативне керування контура регулювання необхідно вести за допомогою цілої панелі контролера. Кожен контор регулювання обслуговує свій алгоритм ОКО.

На входи алгоритму ОКО надходять наступні сигнали:

– сигнал завдання з виходу алгоритму ЗДН;

– сигнал про регульований параметр з виходу алгоритму ВАА, сигнали про положення вимикачів;

– сигнал розузгодження з виходу алгоритму PUM;

– сигнал з виходу алгоритму СУМ;

Крім цього необхідно встановити наступні величини

– 0% в технічних одиницях W₀;

– 100% в технічних одиницях W₁₀₀;

– помилка контуру N_ок.

Ще на два входи алгоритму вводу заводять сигнали про положення регулюючого органу на лінії подачі газу і на лінії подачі повітря. Сигнали заводяться на алгоритм СУМ (СУМ-43). Причому один з сигналів можна відкоректувати (коефіцієнтом К_м). Результуюча величина надходить на масштабований вхід алгоритму імпульсного регулювання PUM (PUM-21).

На немасштабований вхід алгоритму імпульсного регулювання надходить сигнал від алгоритму ЗДН завдання ЗДН 24-00-00. Цей алгоритм має аналогічні входи що описані в попередній частині. Вихідний сигнал алгоритму PUM через алгоритм ручного керування РУЧ йде на імпульсний вихід, з виходу також сигнал заводиться на алгоритм ОКО.

Аналогові сигнали частоти обертання вентиляторів надходять на алгоритм входу, а потім на входи алгоритмів нуль органу HOP 60-01, який використовується для контролю обертів.

З виходу алгоритму HOP поступає на вхід алгоритму інверсного виводу ИНВ 06-02. Цей алгоритм призначений для передачі сигналів через канал інтерфейсу до РЕМІКОНТу №2. Кількість входів алгоритму визначається модифікатором (m=02).

4.2 Опис схеми зовнішніх з'єднань РЕМІКОНТА №1 Р-130

Схема зовнішніх з'єднань контролера показана на листі графічної частини аркуш [3].

Всі Р-130 складаються з набору окремих блоків. Блок контролера БК-21 є мікропроцесорним пристроєм, який перетворює аналогові та дискретні вхідні сигнали в цифрову форму, обробляє одержану інформацію у відповідності до вибраного алгоритму керування, перетворює внутрішні цифрові сигнали в аналогові і дискретні вихідні сигнали. БК-21 складається з двох частин: основної та змінної.

В основну частину БК-21 входять: модуль контролю і програмування, модуль процесора, модуль стабілізованої напруги. У змінну частину БК-21 входять: модуль аналогових сигналів, модуль аналогових та дискретних сигналів та модуль дискретних сигналів.

Блок живлення БП-21 під'єднується до промислової мережі напругою 220 В і виробляє дві нестабілізовані напруги 24 В постійного струму, які використовуються для живлення блока контролера, кіл аналогових виходів, інтерфейсних кіл блока контролера.

Перетворювачі термометрів опору БУС-20 отримують живлення від блоків живлення БП-21. Всі аналогові сигнали (сигнали від БУС-20, сигнали від давачів положення виконавчого механізму, сигнали від давачів обертів вентилятора) заводяться на аналогові входи групи А і Б контролера через клемно-блочні з'єднання КБС-23. Клемно-блочні з'єднання КБС-23 - це відрізок кабелю, з одного кінця якого є вилка розняття РП 15, 09, а з другого - клемна колодка для підключення «під гвинт» вхідних і вихідних аналогових кіл блоку контролера. В колодці КБС-23 є вбудовані нормуючі резистори РН-21. Нормуючі пристрої призначенні для перетворення струмових сигналів 0ч5; 0ч20; 4ч20 мА і сигнала по напрузі 0ч10 у вхідний сигнал контролера 0ч2 В. хлібопікарня випікання піч тепло

Блоки живлення БП-10 призначені для живлення давачів положення, які встановлені на виконавчому механізмі та живляться за допомогою клем 13, 14. Сигнали про положення виконавчого механізму знімаються з клем 16, 18 та поступають на відповідні клеми КБС-23.

Для керування трифазним електродвигуном, що теж входить до складу МЕО, використовують безконтактні реверсивні пускачі ПБР-ЗА. Живлення ПБР-ЗА заводиться на клеми 1, 2, 3, а клеми 4, 5, 6, з'єднуються з клемами 1, 2, 3 двигуна відповідно. Клеми 7 і 9 ПБР-3А з'єднуються з клемами 6 і 20 кінцевих витискачів двигуна відповідно.

Опишемо захист і сигналізацію, які застосовуються при автоматизації хлібопекарної печі. Використовується захист по таких параметрах технологічного процесу: зникнення полум'я, зменшення обертів ротора двигуна вентилятора нагнітання первинного повітря, зменшення тиску подачі газу на згорання, підвищення температури димових газів в рециркуляційних каналах до недопустимого значення. При недопустимого сигналу хоча б по одному з вищеназваних каналів система автоматичного керування перекриває канали подачі газу та повітря, яке йде на спалювання. По кожному з каналів захисту виконано і виведено на щит оперативного керування сигналізацією.

5. Розрахунок математичної моделі об'єкту регулювання

При дослідження хлібопекарської печі як об'єкту регулювання було отримано експериментальні дані кривої розгону. Для визначення параметрів математичної моделі об'єкту регулювання складено програму у середовищі MATLAB. Розрахунок оптимальних коефіцієнтів функції передачі здійснюємо методом Нелдера-Міда за допомогою зовнішньої функції «fmins».

За даною експериментальною перехідною функцію знаходимо оптимальні параметри функції передачі.

Згідно результатів розрахунку, математична модель об'єкту регулювання по каналу: витрата газу - температура опалювальних газів на виході з камери згорання має вигляд:

;

де К=15,2 [єС/%]; Т=3 с.

Математична модель об'єкту регулювання по каналу витрата газу - температура в камері випікання хлібу як величина, яка залежить від температури димових газів на виході з камери згорання згідно даних визначається такою функцією передачі:

.

6. Моделювання системи автоматичного регулювання

Моделювання автоматизованої системи регулювання температури димових газів на виході з камери згорання хлібопекарної печі здійснюється за допомогою застосування програми СІАМ метод структурного моделювання. Синтез системи регулювання здійснюється шляхом використання типових ланок. Структурна схема системи регулювання температури приведена в графічній частині. Функція передачі об'єкту регулювання має вигляд:

де, W_ор(Р) - функція передачі об'єкту;

К - коефіцієнт передачі об'єкту;

Т - стала часу об'єкту.

Параметри зазначені вище були визначені в попередньому розділі.

Для регулювання температури димових газів використовуємо трьохпозиційний регулятор.

Згідно до вимог технологічного процесу, номінальна температура спалювальних газів на виході з камери згорання має складати 379,5єС.

Перемикання регулятора будуть відбуватися при 377єС і 382єС, для перемикання, відповідно на «велике полум'я» і на «полум'я відсутнє», тобто при значені температури до 377єС пальник працює при максимальній витраті газу 35 м³/год.

При значені температури 377ч382єС - пальник працює при номінальній витраті газу - 25 м^З/год.

При значені температури спалювальних газів вище 382єС пальник не працює, витрата газу дорівнює нулю. Зони нечутливості регулятора згідно заводських даних складають по 0,5єС. У графічній частині показано такі перехідні процеси, які було отримано при моделюванні у середовищі СІАМ графічна частина [4].

1) графік перехідного процесу регулятора при збурені каналом зміни подачі газу від 25 м³/год. до 35м^З/год.;

2) графік перехідного процесу САР при збурені каналом заміни подачі газу від 25 м^З/год до 35 м^З/год.;

3) графік перехідного процесу зміни температури в непарній камері при збурені каналом зміни подачі газу від 25 м^З/год до 35 м^З/год.;

З другого графіка видно, що кінцева температура входить в межі визначені трипозиційним регулятором.

7. Спеціальне завдання

Згідно з індивідуальним завданням необхідно розробити алгоритм та програму розрахунку параметрів спеціального стандартного пристрою звуження потоку зносостійкості діафрагми.

Алгоритм розрахунку параметрів спеціального стандартного пристрою звуження потоку - зносостійкості діафрагмою.

7.1 Вихідні дані для розрахунку параметрів вимірювального комплексу із спеціальним стандартним пристроєм звуження потоку ССПЗП необхідні наступні вихідні дані

– максимальне значення витрати природного Q_{с мах} газу;

– номінальне значення надлишкового тиску Р_н природного газу;

– максимальне та мінімальне значення надлишкового тиску Р_н природного газу, відповідно: для надлишкового тиску Р_{н мах}; Р_{н міn};

– барометричний тиск Р_б;

– номінальне значення температури t природного газу;

– максимальне та мінімальне значення температури t природного газу, відповідно t_max і t_min;

– внутрішній діаметр трубопроводу D₂₀ при 20єС;

– абсолютна жорсткість трубопроводу з нормованими характеристиками (ТН);

– матеріали сталей з яких виготовлені ТН та ССПЗП;

– молярна концентрація вуглекислого газу Nco₂ та азоту N_N2 у природному газі або повний склад природного газу як газової суміші;

– густина природного газу при стандартних умовах або густини кожного компоненту природного газу як газової суміші при стандартних умовах.

7.2 Значення абсолютного тиску Р природного газу розраховують за значеннями надлишкового тиску Р_н та барометричного тиску Р_б згідно з рівнянням

Р=Р_н+Р_б (7.1)

7.3 Значення абсолютної температури Т природного газу розраховують за рівнянням

Т=t+273,15 (7.2)

7.4 За значеннями , Nco₂ та N_N2 розраховують коефіцієнт стискуваності К для робочих умов (для Р та Т) за формулою

pв=Р/1е+6

А1=1+ВО

АО=1+1,5Ч(ВО+СО)

A22=AO-(AO€2-A1€3)€5

znak=1

if A22<0 then znak=-1

А2= znak*(abc(A22))€(1/3)

Z_декд=(1+А2+А1/А2)/3

К= Z_декд/ Z_с (7.3)

7.5 За значеннями , Т та К розраховують густину природного газу в робочих умовах за рівняннями

(7.4)

7.6 За значеннями , Nco₂, N_N2, Р, Т та К розраховують динамічну в'язкість природного газу в робочих умовах згідно формули

(7.5)

7.7 За значеннями , Nco₂, N_N2, Р, Т та К розраховують показник адіабати ж природного газу в робочих умовах згідно за рівнянням

ж=1,556(1+0,074N_N2)-3,9·10^-4Т(1-0,68N_N2)-0,208+()^1,43[384(1-N_N2) (P/T)^0.8+26.4 N_N2] (7/6)

7.8 Визначають внутрішній діаметр трубопроводу D при робочій температурі

D=D_го-K_TD (7.7)

де K_TD - поправний множник на теплове розширення матеріалу трубопроводу. Значення K_TD - розраховують за рівнянням

K_TD =1+ (7.8)

Для знайденого значення D виконують перевірку вимог щодо відповідності значення D його допустимим значенням, вказаних у таблиці. Якщо вимоги при цьому не виконуються, то застосування метод змінного перепаду тиску (МЗПТ) для вимірювання витрати в такому трубопроводі неможливе.

7.9 За максимальним значенням витрати Q_cmax розраховують безрозмірний критеріальний комплекс В

для об'ємної витрати, приведеної до стандартних умов.

(7.9)

7.10 Число Рейнольдса розраховують

(7ю10)

якщо значення Re_max не задовольняються вимогами Re_max, то необхідно змінити вихідні дані п. 7.1. та провести перерахунок чисел Рейнольдса.

Якщо виконати вимоги при цьому не вдається, то застосування МЗПТ для вимірювання витрати в такому трубопроводі неможливе.

7.11 За значеннями m₁ та D розраховують коефіцієнт витрати за рівнянням

(7.11)

Де

 (7.12)

7.12 За значенням m₁, , Р та ж розраховують коефіцієнт Е₁ на розширення газу на ССПЗП за рівнянням

(7.12)

7.13 Уточнюємо значення відносної площі m_i+1 за рівнянням

(7.13)

при чому це уточнення (з перерахунком значення коефіцієнта згідно з рівнянням (7.11) та значення коефіцієнта Е_і+1 згідно з рівнянням (8.12) виконуємо до тих пір, поки відносна похибка між наступним m_i+1 і попереднім значенням m_i знаходжуваної відносної площі не буде

(7.14)

для знайденого остаточного значення відносного значення відносного отвору m_i+1 розраховують остаточні значення коефіцієнта згідно з (7.11) та остаточне значення коефіцієнта Е_і+1 згідно з (7.12).

Діаметр d ССПЗП при робочій температурі знаходять за виразом d=D·m

Діаметр d_го ССПЗП при температурі 20єС знаходять за виразом

(7.16)

де К_td - поправний множник на теплове розширення матеріалу СССПЗП. Значення К_td розраховують за рівнянням:

К_td=1+ (7.17)

Програма розрахунку параметрів ССПЗП наведена в додатку ст. 14. Блок схема програми розрахунку ССПЗП 9зносостійкості діафрагми) наведена на листі [9].

Результати розрахунку параметрів ССПЗП під заданий граничний перепад тиску наведені в таблиці стор. 120.

Розміри ССПЗП (зносостійкості діафрагми), камера «+» та камера «-» вибираються згідно з [Р.Д. 50-411-83 ГОСТ 26969-86].

Загальний вигляд зносостійкості діафрагми, камера «+», камера «-» та діафрагма у зборці наведено на листі [5]; [6]; [7]; [8].

8. Розрахунок окремих елементів засобів контролю і автоматизації

Проведемо вибір і розрахунок витратомірного пристрою на природний газ на лінії подачі палива в купол на згорання (Позиція 23-1 аркуш 1) за допомогою програми «РАСХОД - Н-П» версії 2.20 атестованої Держстандартом України 22.10.97 р.

Схема трубопроводу із встановленими місцевими нормами та звужуючим пристроєм наведена на рисунку 8.1.

Рисунок 8.1 - Схема трубопроводу

Програма виконана згідно вхідних даних, які наведені в додатку 4. Там же вказана програма та результати розрахунку.

9. Обґрунтування вибору щитів, пультів і засобів монтажу та розміщення засобів автоматизації

Центральний пункт керування, де будуть розміщені оперативні шити, пульти, дисплеї системи контролю, щити регуляторів розташовуються у частині виробничого приміщення, яке відокремлене від основного прозорою перегородкою, що забезпечує звукоізоляцію. Приміщення центрального пункту керування повинно відповідати вимогам, які вказані в розділі «Охорона праці».

Щити, які встановлено у виробничому приміщенні, є шафні закритого типу із відповідним кліматичним виконанням. Загальний вигляд оперативного щита управління показаний на листі (10) графічної частини.

Монтаж приладів всередині щита здійснюється з урахуванням можливості обслуговування приладів і допоміжних елементів. Монтажно-комунікаційна схема щита приведена у графічній частині.

Електричні проводи вимірювальних ліній виконуються в приміщенні пункту керування на рівні верхньої частини щита, а потоки електричних ліній живлення, управління і сигналізації на рівні нижньої частини щита.

Електричні проводки між приладами і апаратами виконуються безпосередньо між зажимами, розташованими на панелях шита цих приладів без переходу через зборки зажимів щита.

Електричні і трубні проводки повинні відповідати всім вимогам, що забезпечують надійну і безаварійну роботу обладнання. Кабелі, які йдуть від давачів встановлених на об'єкті повинні бути поміщені в захисні труби, чи мати броньовану захисну поверхню. Для об'єднання декількох кабелів в дин використовують з'єднувальні коробки.

Електричні проводки від з'єднувальних і протяжних коробок до відповідних панелі щитів виконують установчими проводами в коробках чи лотках, або неброньованими кабелями на кабельних конструкціях. Заборонене об'єднання в одному кабелі чи порокладанні в одній трубі кіл вимірювання з вимірювальними колами від термопар, які прокладаються окремо.

Всі кабельні проводки, що проходять поблизу технологічного обладнання і трубопроводів повинні прокладатися з такими розрахунками, щоб температура оточуючого повітря не перевищувала задані межі для кожного конкретного типу кабеля.

При проході через стіни, або перекриття будівель і споруд необхідно передбачити розмір прийому, а також герметизуючи ущільнення у разі необхідності.

10. Специфікація засобів контролю і керування

№ п/п	№ порзиції на ФСА	Технологічний параметр, його номінальне значення	Місце встановлення	Назва та коротка технічна характеристика	Тип ЗКК	К-сть
1	1-1	температура, 275єС	пічна камера, І зона	Манометричний конденсаційний термометр діа.вим 0ч400С, к.т. 1	ТПП2-1	1
2	2-1	Т, 245єС	II зона	Манометричний конденсаційний термометр діа.вим 0ч400С, к.т. 1	ТПП2-1	1
3	3-1	Т, 205єС	III зона	Манометричний конденсаційний термометр діа.вим 0ч400С, к.т. 1	ТПП2-1	1
4	4-1	Т, 185єС	IV зона	Манометричний конденсаційний термометр діа.вим 0ч400С, к.т. 1	ТПП2-1	1
5	5-1	Температура димових газів, 379,5єС - 380єС	вихід з камери згорання 1-й купол	Термоперетвор. опор-й платиновий діап. вимір 200ч650єС кл. точ. 1	ТСП 1388	1
6	13-1	Т, 225єС	ІІ-й купол	Термоперетвор. опор-й платиновий діап. вимір 200ч650єС кл. точ. 1	ТСП 1388	1
7	11-1	Т, 350єС	Рецирк. канал 1-й купол	Термоперетвор. опор-й платиновий діап. вимір 200ч650єС кл. точ. 1	ТСП 1388	1
8	19-1	Т, 200єС	ІІ-й купол	Термоперетвор. опор-й платиновий діап. вимір 200ч650єС кл. точ. 1	ТСП 1388	1
9	5-2	Т, 379,5єС	на щиті	Прилад показуючий реєструючий шк 0ч600єС Осн. пох показ - 0,5%, реєстр - 1%; швид. - 10 с	РП-160М-67	1
10	13-2	Т, 219,5єС	на щиті	Прилад показуючий реєструючий шк 0ч600єС Осн. пох показ - 0,5%, реєстр - 1%; швид. - 10 с	РП-160М-67	1
11	5-3 6-3 13-3 14-3	Т, 219,5єС	по місцю	Механізм електричний однообертовий	МЕО-250-63-0,25	4
12	6-1 6-2 14-1 14-2	Т, 219,5єС	по місцю	Датчик положення струмовий	БКПТ-10	4
13	5-5 6-5 13-5 14-5	Т, 219,5єС	канал подачі газу і повітря	Регулюючий орган	25437 НЖ	4
14	7-1 7-2 15-1 15-2	частота обертання 3000 об/хв	по місцю ротор двигуна	Комплект тахометричний 1. Датчик 2. Вимірювач цифровий	ТЭ-АСК-Н ППТ-1 ЦЦТ	2 2 2
15	8-1 16-1	різниця тисків	по місцю	Перетворювач вимірювальний різниці тиску. Діам. 0ч2,5 КПа вих. син: 0ч5 мА	САПФІР-22ДД-2410	2
16	18-2 5-3 6-3 8-3 9-3 13-3 14-3 16-3 17-3 26-2 27-2 28-5 10-2	по місцю		Пускач безконтактний реверсивний ~380 В	ПБР-3А	8
17	8-2 9-2 12-2 16-2 17-2 20-2 26-2 27-2 28-4	по місцю	на щиті	Ключ управління	КУ-12	9
18	9-1 17-1 29-2	тиск в газопроводі, 2200 Па	по місцю	Електроконтажний манометр. Діап. вимір.: 0ч2,5 КПа	ВЭ-16РБ	2
19	9-4 17-4 12-3 20-3	тиск в газопроводі, 2200 Па	газопровід	Магнітний клапан, діап. умов. прох. 50 запірно захисний пристрій	15 КУ 883 рМСВМГ ЗЗУ-4	4
20	23-1 25-1	витрата газу, 35 м3/год	на газопроводі	Сопло стандартне		2
21	23-2 24-2 25-2 29-4	витрата газу, 35 м3/год	по місцю	Дифманометр тензорезисторний безсигнальний Р=2500 Кпа, к.т.0,5	САРФІР22ДД-2441	2
23	22-2 23-2 24-3 25-3	витрата газу, 35 м3/год	на щиті	Прилад показуючий реєструючий вх. сигн. 0ч5 мА шк: 0ч40 м3/год	РП-160-08	5
24	21-2	витрата газу, 35 м3/год	по місцю	Частотний перетворювач вхід. с. S/РЕ 400V 7А 50/60 Гц вихід 0-400 V 7,3А 3,0 КВт 0-480 Гц		1
25	10-1 18-1	витрата газу, 35 м3/год	по місцю	Трансформатор вихід.сигн. 16 КВт		2
26	28-1	Витрата пари на зволоження в камеру пекарну	трубопровід	Діафрагма камерна	2К6-300	1
27	29-5	температура газового серед.	на вході подачі газу	Термоперет. опоровий	3144-Д	1
28	29-2 29-3	температура газового серед., тиск газ. середовища	по місцю	Манометр Дифманометр	3051СА 3051СД	1 1
29	29-1		по місцю	Діафрагма зносостійка		1
30	28-3	волога	по місцю	вологомір: діам. вимір.: 30ч100%, тем. 0ч300єС

11. Заходи по забезпеченню безпеки функціонування системи автоматизації хлібопекарної печі

Надійна, безперебійна і економічна робота хлібопекарної печі з газовим опаленням залежить від стану і якості технічної експлуатації обладнання і дотримання норм безпеки, промислової санітарної і протипожежної безпеки, професійно-технічного рівня і умов праці обслуговуючого персоналу. Технологічна схема і конструкція печі повинні забезпечувати його безпечну роботу у відповідності з існуючими правилами конструкції і експлуатації подібного типу печей. Недотримання і порушення існуючих правил, неякісне і неправильне виконання ремонтних робіт, неправильні дії обслуговуючого персоналу можуть привести до виникнення аварій з важкими наслідками.

Пошкодження і аварії в печі по причинам, що викликають їх, можна поділити на дві групи:

– неправильне спалювання палива або неправильне обслуговування пальників та допоміжного обладнання;

– недотримання режимів роботи і правил експлуатації печі і окремих її елементів.

Аналіз аварій, пов'язаних з використанням газового палива, показує, що більшість з них є наслідком недотримання вимог виробничих інструкцій і неправильних алгоритм дій під час розтопки печі.

Найбільш частими причинами утворення вибухонебезпечної суміші є: подача палива в пальник до утворення запального факела, несвоєчасне відкриття кранів перед пальниками, недостатня попередня вентиляція топки при первинному чи вторинному включені пальників.

Причинами загазованості і вибухів при включенні пальників можуть бути також: неправильна установка чи несправність запального пристрою, нещільність запальних пристроїв, включення пальників при несправній чи відключеній автоматиці контролю полум'я.