Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗАДАНИЕ

к курсовой работе по ТСА

Спроектировать автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая обеспечивала повышение эффективности производства путем автоматизации управления в режиме реального времени.

Содержание графической части:

1. Функциональная схема автоматизации объекта.

2. Структурная схема АСУ ТП.

3 Электрические принципиальные схемы подключения средств автоматизации.

ВВЕДЕНИЕ

Копчение -- процесс обработки пищевых продуктов дымовоздушной смесью с целью достижения бактериального и антиокислительного эффектов. При этом их поверхности окрашиваются в золотисто-коричневые цвета, а сами продукты приобретают специфический приятный вкус и аромат копчения. мясопродукт автоматизированный коптильный программируемый

Копчение можно рассматривать, как процесс динамической адсорбции компонентов коптильного дыма на поверхности продукта и естественной последующей диффузией их в массу продукта за счет разности концентраций на поверхности и в толще продукта. Процесс копчения --самопроизвольный, причем довольно длительный, трудо-энергоемкий. Длительность процесса приводит к необходимости использования коптильных камер.

Бездымное или мокрое копчение - это копчение коптильными препаратами, которые представляют собой экстракты продуктов термического разложения древесины, подвергнутые специальной обработке.Наиболее перспективным представляется применение бездымных коптильных сред, химический состав которых и параметры применения поддаются регулированию. Из многочисленных бездымных агентов, предлагаемых сегодня для целей копчения, наибольший интерес представляют жидкие коптильные среды, получаемые на основе водных растворов дыма, как наиболее адекватные ему по составу, достаточно изученные и доступные, обладающие минимальной потенциальной токсичностью. На рынке оборудования в настоящее время представлен достаточно широкий спектр коптильно-сушильных камер с различными техническими параметрами и конструктивными особенностями, во многом определяющими их стоимость.

Можно сделать вывод, что человечество с развитием и освоением новых технологий в производстве придумывало всё более и более новые методы обработки мясной продукции. Оно шло к уменьшению затрат на производство, к уменьшению выброса вредных веществ в окружающую среду и уменьшению воздействия вредных веществ на наш организм, тем самым увеличивая своё развитие в общём.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

1.1 Анализ существующего технологического процесса сушки мясопродуктов

Коптильная термокамера КВС-800 предназначена для промышленного производства термически обработанных мясных изделий, а также других пищевых изделий. Камера работает в четырех основных режимах: подсушка, обжарка, варка, копчение.

Основным оборудованием коптильной термокамеры КВС-800 является:

- микропроцессорная система управления;

- психрометрическое измерение влажности;

- система обогрева в диапазоне 0-100°C;

- система мойки;

- система увлажнения;

- система циркуляции;

- система подачи дыма;

- система подачи свежего воздуха;

- система вентилирования;

- дымогенератор.

Камеры КВС-800 укомплектованы системой автоматического управления, трубопроводами, дымогенератором и дымоохладителем.

Дымогенератор и дымоохладитель объединены в общий узел (моноблок) и соединены с камерой коптильни с помощью трубопроводов. В конструкции моноблока встроена система очистки дыма. В камере предусмотрена полуавтоматическая мойка внутреннего объема, дымогенератора и трубопроводов.

Термокамера данной серии предназначена для горячего и холодного копчения мяса, курицы, рыбы, изготовления колбас, сыра, мясных деликатесов. Существующая САУ позволяет контролировать температуру внутри камеры, влажность и время продолжительности обработки продукта на каждой стадии процесса. Управление закрытием и открытием регулирующих клапанов (шиберов) подачи воды и дыма в камеру производится в ручном режиме. Параметры обработки перед началом каждой стадии процесса вводятся на пульт САУ.

В данной камере поддержание влажности на заданном уровне основано на отборе излишка влаги путем ее конденсации на холодной батарее в конденсаторе. Холод система получает от индивидуального компрессорно-конденсаторного агрегата. Недостаток тепла в камере компенсируется за счет электрического нагревания воздуха ТЭНами. Все остальные узлы и агрегаты способствуют технологическому процессу сушки (продувка камеры свежим воздухом, создание дыма для копчения). Каждая камера оборудована русскоязычным микропроцессорным контроллером немецкой фирмы ADITEC, позволяющим запрограммировать до 80 различных способов технологической обработки (программ). Каждая программа может содержать до 20 различных процессов (шагов). С помощью контроллера можно устанавливать температуру в камере, температуру в сердцевине обрабатываемого продукта, относительную влажность воздуха и время обработки на каждом шаге программы (см.рис.1).



1 - теплоизолированная камера; 2 - отсек камеры; 3 - дверь; 4 - тележка с продуктом; 5 - направляющие; 6 - перегородка; 7,9 - электрокалориферы; 8 - канал между смежными отсеками; 10 - смесительная камера» 11 - нагнетательный (рециркуляционный) вентилятор; 13 - дымогенератор; 14 - блок управления

Рисунок 1 - Схема сушильно-коптильной установки серии КВС-800

Термокамеры с климасистемой производятся с использованием электрического нагрева камеры, так как процесс копчения подразумевает собственный точный алгоритм работы нагревательных элементов, управляемый контроллером, с четким дозированием количества теплоты, что предохраняет продукт от локального перегрева и защищает камеру от воздействия высокой температуры.

Основными измерительными преобразователями камеры являются:

1) «сухой» термометр, который является основным средством контроля температуры внутри камеры;

2) «мокрый» термометр, позволяет по психометрической разнице между показаниями «мокрого» и «сухого» термометра производить расчет относительной влажности внутри камеры;

3) электронный термометр измерения температуры охладителя, по показаниям которой осуществляется регулирование влагоотбора и понижение температуры в камере;

4) электронный термометр установленный на батарее охладителя, по показаниям которой регулируется температура внутренней среды камеры путем подачи хладогена в батарею;

5) терморезистор измерения температуры «ТЭНов», применяемый для защиты ТЭНов от перегрева.

Работа исполнительных механизмов камеры сушки и копчения мясопродуктов направлена поддержание технологических параметров, таких как температура и относительная влажность на уровне заданных.

Для поддержания параметров на заданном уровне в системе сушки (коптилки) установлены следующие исполнительные механизмы:

1) ТЭНы, служащие для повышения температуры в камере;

2) клапан подачи хладогена в охладительную батарею, применяемый для регулирования температуры внутри камеры путем изменения расхода охлаждающей жидкости;

3) форсунки увлажнения, применяются для дополнительного повышения относительной влажности в камере и подачи дыма;

4) привод заслонки подачи свежего воздуха в термокамеру;

5) электропривод вентилятора вытяжного для проветривания камеры;

6) заслонка вытяжной вентиляции для эвакуации дыма и проветривания камеры.

Для дальнейшего рассмотрения особенностей управления сушкой/копчением мясной продукции в термокамерах более досконально разберем особенности технологического процесса, что позволит выявить дополнительные пути улучшения экономических показателей.

В зависимости от температуры различают копчение холодное, копчение, климатическая сушка, интенсивная подсушка.



Рисунок 2 - Сушильно-коптильная установка серии КВС-800

Принцип работы термокамеры с климасистемой

Таблица 1 - Принцип работы термокамеры с климасистемой

Операция	Выход воздуха (1)	Климатическая заслонка (2)	Заслонка входа дыма (3)	Заслонка притока воздуха (4)
Интенсивная подсушка	открыта	закрыта	закрыта	открыта
Климатическая сушка	открыта	открыта	открыта	закрыта
Холодное копчение	открыта на 1/4	открыта	открыта	закрыта
Копчение	открыта на 1/4	закрыта	открыта	закрыта

Копчение мяса и мясопродуктов - это обработка их поверхности веществами, содержащимися в коптильном дыме, который получают в результате неполного сгорания древесины. Холодное копчение применяют для получения сырокопченых изделий; длится оно 3-7 суток. При холодном копчении происходят глубокие автоматические процессы в мышечной ткани, и продукт приобретает нежную консистенцию. Горячее копчение продолжается 12-18 часов, его применяют при выработке варено-копченых изделий. Полученный продукт менее стоек при хранении.

Копчение считается законченным, если продукт приобретает характерный коричнево-желтый цвет, специфический острый вкус и запах, а его поверхность становится сухой и блестящей. По окончании копчения продукт быстро охлаждают и сушат 3-15 суток в зависимости от вида при температуре 12С и относительной влажности воздуха 75%.

Правильная сушка позволяет за короткий срок извлечь влагу из толщи продукта, а не только высушить поверхность. Использование климасистемы не позволяет пересохнуть поверхности мясопродуктов, тем самым остановив процесс извлечения влаги из толщи продукта. Использование инновационных технологий на основании температурно-влажностного режима в режиме сушки, позволяют извлекать влагу из толщи самых крупных и деликатных видов мяса, требующих особенно бережного обращения. Интеллектуальные программы позволяют регулировать температурные режимы сушки мясопродуктов в камере от 50C до 350C, а температуру продукта поддерживать на уровне от до 250C. Контроль температур при этом позволяет абсолютно застраховаться от подпарки продукта.

1.2 Анализ современных подходов к технологическому процессу производства сухих и полусухих колбас

Современные подходы к технологическому процессу копчению-сушке мясной продукции предусматривают разнообразные режимы или способы термообработки мясных изделий. В настоящее время существует достаточное количество способов копчения и сушки колбас. Современные коптильно-сушильные, варочно-сушильные камеры проектируются с возможностью применения как классического дымового копчения, так и бездымного копчения путем орошения жидким дымом. Данные способы копчения отличаются уровнем температурно-влажностных параметров среды и числом изменений этих параметров на протяжении процесса, т.е. количеством ступеней, что требует применение определенного программного обеспечения реализующего технологический процесс. Общим является принцип построения режимов, основанный на постепенном повышении температуры и снижении влажности продукции сушки и воздуха внутри камеры.

Для каждого конкретного вида колбасных изделий термические режимы подбираются с учетом предусмотренной технологии его производства, а также руководствуясь рекомендациями изготовителей оболочки, разработанных исходя из ее состава и свойств.

Общие рекомендации по термической обработке продуктов могут быть представлены следующим образом:

Таблица 2 - Рекомендации по термической обработке продуктов

Шаг термообработки	Параметр
	Т, С	Ц,%	t, мин
Подсушка	50-60	12-15	45-75
Обжарка(первое копчение)	60-65	60-65	35-50
Варка	78-80	99-100	До 72 єС в центре батона
Охлаждение	Воздух до темп. в сердцевине 18-20
Подсушка	45-50	25-30	35-45
Копчение (второе)	45-50	45-55	30-40

В настоящее время на рынке промышленной продукции появилось значительное количество коптильно-сушильных термокамер мясной продукции, с разнообразными системами автоматического управления и средствами контроля технологического процесса. Современные термокамеры предназначены для производства различных мясных продуктов.

Коптильные термокамеры KWM и KWU предназначены для тепловой обработки копченых изделий в автоматическом режиме, что позволяет достичь аттрактивного розового цвета продукта, сушения, копчения горячим и холодным дымом и варения без дальнейшей манипуляции. Коптильные термокамеры изготавливаются в модульном исполнении.

Комплектация коптильных термокамер:

1. микропроцессорная система управления;

2. психрометрическое измерение влажности;

3. система обогрева в диапазоне 0-100°C;

4. система мойки;

5. система увлажнения;

6. система циркуляции;

7. система подачи дыма;

8. система подачи свежего воздуха;

9. система вентилирования;

10. дымогенератор.

Термокамера оснащена программируемым микропроцессорным управлением. ADITEC MIC 2018K - цифровая индикация с отображением всех параметров обработки продукта, обеспечивает комплексное автоматическое управление и регулирование термокамерой и дымогенератором по единым выбранным технологическим программам. Управление обеспечено наличием базовых программ термообработки по всем группам продуктов. 99 технологических программ, 20 шагов в каждой программе. Пленочная клавиатура. Водонепроницаемый, моющийся пульт управления.

Дисплей информирует обо всех заданных величинах и обо всех текущих показателях:

1. тип продукта и стадия термообработки;

2. температура внутри камеры;

3. температура внутри продукта;

4. влажность воздуха;

5. номер программы;

6. номер технологического шага;

7. время отработки технологического шага (оставшееся время).

Также предусмотрена возможность ручного управления.

Микропроцессор стандартно укомплектован интерфейсом для присоединения к компьютеру для сбора и обработки данных о протекании термических процессов.

Рисунок 3 - Внешний вид коптильной термокамеры KWM и KWU

Неотъемлемой частью коптильной камеры является наколочный датчик, определяющий температуру внутри изделия.

Регулятор позволяет термообработку изделия по "Дельта-Т". Этот метод обработки позволяет повысить качество и выход при одновременном понижении потребления энергии. При этом способе температура в камере плавно увеличивается в зависимости от температуры внутри изделия и предварительно установленной разности "Дельта-Т". Влажность в камере определяется психрометром и ее можно регулировать по программе.

Дымогенератор, работающий на древесной щепе, которая тлеет на специальной решетке. Перемещение крошки в воронку - автоматическое. Автоматический дымогенератор (щепа) включает резервуар для щепы, устройство транспортировки и перемешивания щепы, подведение воздуха и электрическое поджигание. Исполнение - полностью нержавеющая сталь. По желанию заказчика дымогенератор может быть установлен слева или справа. Процесс генерирования дыма оптимизирует микропроцессорное управляющее устройство. Возможно оснащение термокамеры дымогенератором работающим на опилках или фрикционным дымогенератором.

Влажность в коптильных термокамерах определяется по разности показаний величин температуры, измеряемой сухим термометром и «мокрым» термометром. Уровень влажности регулируется микропроцессорной системой управления в зависимости от измеренной величины путем распыления воды через форсунки (для повышения уровня влажности) или открытием заслонки дымоотвода (снижение уровня влажности).

Увлажнение водой позволяет обеспечить максимальную влажность до 92%. При этом вода разбрызгивается форсунками внутри коптильной термокамеры таким образом, чтобы попадала на поверхность обогревателей. При этом достигается, при включенном обогреве, стопроцентное превращение воды в пар.

Для равномерности сушки и копчения мясной продукции предусмотрена система циркуляции воздуха внутри камеры. Циркуляция обеспечивает при помощи вентиляторов равномерное распространение воздуха, смеси воздуха и дыма, или пара в коптильной термокамере, тем самым позволяет достигнуть равномерного распределения температуры во всём пространстве камеры. В систему циркуляции входят система:

- подачи дыма из соединительного трубопровода от дымогенератора к коптильной термокамере и запорному клапану;

- подачи свежего воздуха и система вентилирования.

Исполнительными механизмами системы подачи свежего воздуха состоит из клапана подачи свежего воздуха, а система проветривания - из запорного клапана, вытяжного вентилятора и дымохода.

Применение режимов копчения различной интенсивности требует разработки более совершенной автоматизированной системы управления, которая позволяла бы подбирать режимы с учетом сорта колбасных или мясных изделий и рационального режима сушки-копчения.

Предлагаемые ведущими фирмами конструкции сушильно-коптильных термокамер имеют схожую конструкцию и различаются только способом обогрева (горячей водой, паром или электричеством), корпусным материалом (алюминий, оцинковый металл и т.д), а также видом загрузки штабелей.

Компоненты любой сушильной камеры - системы циркуляции и нагрева, системы воздухообмена и увлажнения по отдельности не могут обеспечить должное проведение процесса копчения. Для этого требуется согласованная работа всего оборудования. Естественно, что требуется также система, которая будет управлять работой и взаимодействием каждого компонента сушильной камеры. Эту роль в современных камерах и выполняет автоматическая система управления.

Наиболее совершенными на данный момент времени являются конвективные сушильные камеры фирмы «Югема» с климасистемой JUGEMA KWE Klim.

Общие технические характеристики:

Потребление электроэнергии:

1. Холодное копчение: мах 12кВт,

2. Горячее копчение: мах 36кВт,

Энергопотребление вентилятора:

1. Высокие обороты: 2,4 кВт,

2. Низкие обороты: 1,3 кВт,

3. ТЭН розжига опилок - 0,8кВт,

4. Питание контроллера, включая соленоиды пневмосистемы: прим.0,3кВт,

5. Питание мотор редуктора ворошителя 0,25кВт,

6. Энергопотребление компрессорно-конденсаторного блока прим. 7кВт,

Общая потребляемая мощность:

1. Холодное копчение: прим. 10кВт/ч,

2. Климатическая сушка: прим 10кВт/ч,

3. Интенсивная подсушка: прим 7кВт/ч,

4. Горячее копчение: прим. 20кВт/ч,

5. Подсушка + нагрев камеры с продуктом: прим. 35кВт/ч,

6. Проварка: прим. 20кВт/ч.

Климатсистема:

1. Холодильная мощность 10-12 кВт,

2. Хладагент R22 или R134,

3. Сжатый воздух:

4. Сжатый воздух до 100л/мин,

5. Давление 0,4 - 0,6 МПа,

Подача воды:

1. Вода для увлажнения прим. 10л/ч,

2. Вода для мойки до 400 л/ч,

3. Давление прим 0,3-0,4 МПа,

4. Подключение 1/2"

Нагрев камеры происходит за счет перегретого пара подаваемого в калориферы. Увлажнение среды внутри камеры состоит из нержавеющих труб с большим количеством форсунок. Специальные форсунки, сделанные из латуни, обеспечивают отличное распыление воды даже при низком давлении воды. Предусмотрена система трехступенчатой очистки воды. Система работоспособна при давлении воды в водопроводе от 1 атм.

Система воздухообмена обеспечивает подачу в камеру сухого воздуха и вывод отработанного воздуха, насыщенного водяными парами. Представляет собой систему дымоотвода расположенную в потолке камеры и снабженную заслонками, которые автоматически управляются процессором с помощью исполнительных механизмов. Контроль атмосферы внутри камеры, а именно температуры и относительной влажности атмосферы в одной камере измеряется двумя датчиками UGL (целлюлозные пластинки), расположенными на боковых стенках сушильной камеры. Система измерения влажности мясных изделий базируется на показаниях кондуктометрических датчиков (датчиков сопротивления), ввинчиваемых непосредственно в изделие.

1.3 Постановка задач на проектирование автоматизированной системы управления сушильно-коптильной установки серии КВС-800

На основании проведенного анализа современных сушильно-коптильных камер при модернизации автоматизированной системы управления сушильно-коптильной установки серии КВС-800 для устранения недостатков существующей системы управления технологическим процессом необходимо решить следующие задачи:

1. Повысить качественные показатели технологического процесса сушки мясной продукции, за счет повышения точности измерения параметров сушильного агента (воздух) и влажности мясопродуктов, путем замены датчиков температуры и влажности на интеллектуальные или с возможностью подключения к промышленной шине типа Profibus.

2. Уменьшить себестоимость процесса копчения-сушки путем снижения энергоемкости камеры за счет внедрения широтно-импульсного регулирования температуры ТЭНов.

3. Применение широтно-импульсного регулирования температуры ТЭНов позволит повысить точность поддержания температурного режима внутри камеры.

4. Достичь повышения точности поддержания режима конвекционного теплообмена и влагопереноса внутри камерной атмосферы путем регулирования скорости воздушного потока (напора) за счет внедрения частотного регулирования скорости вращения проточного и вытяжного вентилятора.

5. Повысить безотказность функционирования аппаратной части системы управления путем ее замены на пространственно распределенную систему автоматического управления технологическим процессом сушки мясопродуктов на базе технологий Simatic и Simelt фирмы Siemens AG. Организация системы управления на базе данных технологий позволит полностью автоматизировать процесс сушки-копчения от начала до конца без вмешательства оператора, с обеспечением возможности дистанционного изменения режимов копчения (при необходимости) без остановки процесса.

6. Модернизировать систему подачи дыма, с целью расширения возможностей ее использования копчения с использованием жидкого дыма, что потребует проектирования новой системы орошения жидким дымом.

7. Модернизированная система управления камерой КВС-800 должна интегрироваться в общецеховую информационную систему учета параметров технологического процесса сушки.

2. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор измерительных преобразователей параметров технологического процесса

На основании проведенного анализа и особенностей технологического процесса сушки и копчения мясной продукции, а также разработанной схемы автоматизации контуров управления сушильно-коптильной установки

КВС-800 выделим основные контролируемые параметры, а именно:

В контуре управления температурой среды сушильно-коптильной установки контролируемыми параметрами являются:

- сила тока и напряжение в ТЭНах;

- температура горячего воздуха внутри установки;

- температура кондиционированного холодного воздуха внутри установки;

- частота вращения проточных вентиляторов.

Величины характеризующее протекание технологического процесса нагрева имеют электрический и неэлектрический характер. Контролируемыми электрическими параметрами являются сила тока и напряжение на входе в ТЭНы.

Осуществим выбор датчиков измерения тока и напряжения на входе в ТЭНы.

Для измерения и контроля напряжения выбираем трансформатор напряжения типа И-25-0.2-0,8/0.1 с характеристиками:

номинальное первичное напряжение, В380;

номинальное вторичное напряжение, В100;

номинальная мощность, ВА10;

максимальная мощность, ВА200;

номинальная частота, Гц50.

Для измерения и контроля тока на индукторе с низкой стороны трансформатора выбираем трансформаторы тока типа ТКЛМ-0.5-100/5 с технической характеристикой:

номинальное напряжение, В380;

номинальный первичный ток, А100;

номинальный вторичный ток, А5;

номинальный класс точности0.5;

технические условияГОСТ 7746-78;

техника безопасности ГОСТ 12.2.007.0-75.

Остальные величины, характеризующие протекание рассматриваемого технологического процесса, имеют неэлектрический характер: температура, влажность, частота вращения вентиляторов. Поэтому в автоматических системах контроля и управления применяют разнообразные преобразователи неэлектрических величин в электрические сигналы.

В связи с тем, что такие контролируемые параметры, как температура и влажность внутри установки имеют непосредственную взаимосвязь физических процессов, то целесообразно, чтобы выбираемый измерительный преобразователь (датчик) контролировал оба технологических параметра. Применение такого способа контроля позволит повысить точность управления технологическим процессом за счет взаимокомпенсации влажностных и температурных процессов.

Проведенный анализ датчиков с совместным измерением температуры и влажности выявил, что принцип измерения может быть основан на измерении равновесной влажности воздуха по электропроводности целлюлозы или психрометрической разности при изменении влажности воздуха. При выборе измерительного преобразователя равновесной влажности внутри установки целесообразнее использование принципа измерения влажности на основе электропроводности целлюлозы, которая зависит от степени насыщенности влагой. Принцип функционирования такого датчика заключается в следующем. При помощи зажима из нержавеющей стали между двумя датчиками крепится кусочек целлюлозы и вставляется в коробку измерения, которая крепится в зоне измерения. Данная современная конструкция отличается простотой и надёжностью, позволяя обойтись без измерения психрометрической разности. Измерительный блок крепится снаружи (вне агрессивной среды, например, в подсобном помещении) и служит для преобразования аналоговых сигналов, приходящих от датчиков в цифровые. Полученные цифровые сигналы поступают в контроллер управления технологическим процессом сушки и копчения.

При выборе датчика данного типа необходимо учитывать требования к диапазону и точности измерения влажности сушильного агента, тип выходного сигнала, а именно:

- диапазон измерения влажности: 0-100%;

- точность измерения: 1%;

- аналоговый выход: 0-10 В или 4-20 мА.

Данным требованиям полностью соответствуют специализированные датчики влажности и температуры СVR 3/5 фирмы MELA применяемые для установок данного типа (см. рис. 2.1).

Рисунок 4 - Внешний вид а) и схема подключения б) датчика влажности и температуры типа MELA СVR 3/5

Электромагнитный клапан -- доступное решение для автоматизации и регулирования потоков жидкостей и газов. При установке каждого клапана необходимо предусмотреть свободное пространство в месте его монтажа, обеспечивающее при необходимости возможность снятия и замены катушки электромагнита, а также управления работой клапана.

Рисунок 5- Электромагнитный клапан ASCO серии SC G240 A101

Двухходовой нормально закрытый электромагнитный клапанASCO серии SC G240 A101 предназначен для работы с жидким дымом, дымом, воздухом, инертным газом и иными газами/жидкостями, совместимыми с материалами уплотнений. Материал корпуса - латунь. Рабочая температура от +60 °С до +170 °C, максимально допустимое давление 9 бар.

Минимальный рабочий перепад давления 0,4 бар. Уплотнения и мембрана изготовлены из тефлона, диск из усиленного тефлона.

Электромагнитные клапаны комплектуется катушкой переменного тока 24В - 115В - 230В / 50 Гц (тип BMX), класс изоляции катушки H.

Клапан может быть установлен в любом положении, что не влияет на его работу.

Датчик перепада давления EJA130A относится к последнему поколению преобразователей давления серии DPharpEJA, использующих в качестве чувствительного элемента кремниевый резонатор - собственную уникальную разработку фирмы MEGA.

Рисунок 6- Датчик перепада давления EJA130A

EJA130A представляет собой модификацию датчиков перепада, специально разработанную для работы при высоких давлениях.

EJA130A предназначен для измерения перепада давления, расхода газа, жидкости методом перепада, а также - для измерения уровня и плотности гидростатическим способом, все при высоком давлении.

Основные характеристики:

1. Погрешность измерений +/- 0,075% от шкалы.

2. Стабильность измерения +/-0,1% от ВПИ в течение 12 месяцев.

3. Пределы измерения, Максимальное рабочее давление.

Допускается полное смещение (подстройка) нуля в пределах диапазона измерения капсулы.

Диапазон допустимых температур:

1. Измеряемой среды: -40…120°С.

2. Окружающей среды: -40…85°С (с индикатором -30…80°С).

Конструктивное исполнение:

1. пылевлагозащищенное (IP67);

2. искробезопасное (EExiaIICT4);

3. взрывонепроницаемое (EExdIICT6).

Межповерочный интервал - 2 года. Внесен в госреестр (№14495-95).

Для измерения частоты вращения проточных и вытяжного вентиляторов необходимо осуществить выбор датчика скорости. Рассчитаем требуемый период дискретности:

, мс

где - ошибка по скорости, м; - допустимое ускорение двигателя,

Датчик определяет скорость двигателя, которая задается тиристорным преобразователем частоты. Время коммутации тиристоров составляет 3,3 мс. Для устойчивости система период дискретности должен быть Т₀=4 мс.

Определим диапазон регулирования скорости:

;

где d - цена дискреты. d =0,001, щ - угловая скорость электродвигателя, с^-1.

Максимальная разрешающая способность датчика:

.

2.2 Выбор исполнительных механизмов регулирования параметров технологического процесса

Механизмы исполнительные электрические однооборотные постоянной скорости МЭО предназначены для перемещения регулирующих органов в системах автоматического регулирования технологическими процессами в соответствии с командными сигналами автоматических регулирующих и управляющих устройств.

Рисунок 7- Механизм МЭО-40

Отличительные особенности:

1. электроприводы обеспечивают выполнение заявленных технических параметров при отклонении питающего напряжения от - 15% до +10% от номинальных значений;

2. режим регулирования - до 1200 вкл/час при ПВ 25%;

3. ресурс электроприводов в режиме регулирования - от 65 до 80 тысяч часов (в зависимости от усилия);

4. срок службы изделия 15 лет;

5. работа в экстремальных условиях: при повышенной температуре, запылённости, сильной вибрации;

6. надежность, простота в обслуживании, ремонтопригодность.

Функции механизмов МЭО:

1. Автоматическое, дистанционное или ручное открытие и закрытие арматуры, останов арматуры в любом промежуточном положении.

2. Указание степени открытия (закрытия) арматуры на шкале местного указателя.

3. Позиционирование рабочего органа арматуры в любом промежуточном положении.

4. Формирование дискретного сигнала о промежуточных и конечных положениях рабочего органа арматуры.

5. Защита от перегрузки по моменту (МЭО (Ф)-40).

Тахогенераторы ТМГ-30П предназначены для работы в качестве датчиков в системах автоматического регулирования частоты вращения приводов различных стационарных установок. Могут быть использованы в качестве измерителей частоты вращения, а также в системах автоматического управления, контроля и диагностики, с применением микропроцессорной техники.

Тахогенераторы предназначены для работы в закрытых помещениях в условиях:

1. умеренного климата при температуре окружающего воздуха от - 45°С до +40°С; при верхнем значении относительной влажности 98% и температуре не более 25°С

2. тропического климата при температуре окружающего воздуха от - 10°С до +45°С; при верхнем значении относительной влажности 98% и температуре не более 35°С

Тахогенераторы выпускаются с естественным охлаждением, способ охлаждения - IC0041 по ГОСТ 20459-75. Конструктивное исполнение по способу монтажа: с фланцем и на лапах (исполнение IM2101 - с одним концом вала, исполнение IM2102 - с двумя концами вала), с фланцем и без лап (исполнение IM3601 - с одним концом вала, исполнение IM3602 - с двумя концами вала).

Возможно изготовление тахогенератора в комбинированном исполнении: фланцевые с лапами.



Рисунок 8 - Тахогенератор ТМГ-30П

Основные технические характеристики:

1. Номинальное напряжение 230 В.

2. Крутизна 57,5±7,6 мВ мин.

3. Сопротивление нагрузки 2,64 ±0,053 кОм.

4. Номинальная частота вращения 100 мин ^-1.

5. Класс точности 2,5.

6. Погрешность отображения функциональной зависимости, % не более ± 1

7. Диапазон рабочих частот вращения 100 мин ^-1.

8. Коэффициент пульсации в рабочем диапазоне 5.

9. Режим работы - продолжительный.

Siemens MICROMASTER 420 от 0.12 до 11 кВт - универсальный преобразователь частоты для любых задач.



Рисунок 9 - Преобразователи частоты Siemens MICROMASTER 420

Преобразователи частоты Siemens MICROMASTER 420 - это универсальный инвертор для работы с 3-х фазными сетями и дополнительными полевыми шинами. Благодаря модульной конструкции, стандартные функции могут быть дополнены выбором из широкого набора опций. Панели оператора и коммуникационные модули могут быть просто подключены к приводу без каких либо инструментов. Подключение к клеммам управления осуществляется с помощью безвинтовых креплений.

Типовое применение. Конвейерные системы, насосы, вентиляторы, подъемно-транспортная техника, машиностроение.

MICROMASTER 420 - Технические данные

Диапазон напряжений и мощностей:

200-240 В, ± 10%, 1 AC, от 0.12 до 3.0 кВт

200-240 В, ± 10%, 3 AC, от 0.12 до 5.5 кВт

380-480 В, ± 10%, 3 AC, от 0.37 до 11 кВт

Рабочая температура от -10 °C до +50 °C

Тип управления:

1. Встроенный PI регулятор.

2. Скалярное управление,

3. Параметрируемая U/f характеристика.

4. Входа 3 цифровых входа, 1 аналоговый вход.

5. Выхода 1 релейный выход.

6. Интеграция в системы автоматизации.

Идеальный вариант для интеграции в системы автоматизации начиная с SIMATIC S7-300 до системы Комплексной Автоматизации с SIMATIC.

Регулирование угла открытия шиберных заслонок дымоотвода и протока холодного кондиционированного воздуха поступающего в сушильно-коптильную установку целесообразно применить исполнительные механизмы электрические оборотные МЭО-40. Схема внешних подключений исполнительного механизма МЭО-40 заслонки вентилятора холодного воздуха изображена на рис.10.

Рисунок 10 - Схема внешних подключений исполнительного механизма МЭО-40заслонки вентилятора холодного воздуха

Исполнительный механизм МЭО-40имеет следующие технические характеристики:

- питающее напряжение - от сети однофазного напряжения 220 В частотой 50 Гц;

- допустимые отклонения: напряжения питания - от -15% к +10%, частоты питания ±2%;

- номинальный крутящий момент на выходном вале - 40 Нм;

- номинальное время полного поворота выходном вала - 10 с;

- тип электродвигателя - 3 ДСОР 135-1,6-150;

- класс защиты - IP54;

- допустимая температура окружающей среды - 30-50⁰С;

- номинальный полный угол поворота выходного вала - 90⁰;

- потребляемая мощность - не больше 240 Вт.

Регулирование угловой скорости вращения вентилятора в соответствии с требованиями на модернизацию осуществим с помощью частотного регулирования. В вентиляционных системах наибольшее применение нашли частотные привода фирмы Siemens Micromaster 420, позволяющего экономить энергию за счет:

- подстройки под изменение воздушного потока;

- оптимального регулирования с меньшим потреблением энергии;

- гибкого конфигурирования под конкретные задачи;

- позволяет снизить уровень шума путем уменьшения скорости прокачиваемого воздушного потока, что достигается снижением оборотов двигателя.

Использование преобразователей MICROMASTER 420 позволяет заменить старые и громоздкие системы запуска двигателей и более рационально управлять ими. редукторов, электрических контакторов, автоматов перегрузки, мощных клеммников, старых ПИД модулей и их компонентов, громоздких панелей управления оператора, что в результате сократит количество требуемого обслуживающего персонала.

Технические характеристики:

Диапазон входного напряжения:3АС 380 В - 500 В 10В;

Мощность приводного электродвигателя:3,0 - 4,0 кВт;

Номинальный ток: I=6,8 А;

Максимальный ток:I_max=7,7 А;

Частота питающей сети:f=50 - 60 Гц;

Габаритные размеры:149Ч184Ч172 мм.

Вес:5,3 кг.

Схема внешнего подключения Micromaster 420 фирмы Siemens AG проточного вентилятора приведена на рис. 11.

Рисунок 11 - Схема внешнего подключения Micromaster 420 проточного вентилятора

3. РАЗРАБОТКА АСУ ТП ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ СУШКИ МЯСНОЙ ПРОДУКЦИ

3.1 Разработка схемы автоматизации системы управления температурным режимом сушки мясопродуктов

При модернизации автоматизированной системы управления сушильно-коптильной установки серии КВС-800 с учетом технологических и физико-химических, а также конструктивных особенностей сушки мясопродуктов можно выделить основные параметры, влияющие на качество конечного продукта. Такими параметрами являются: два взаимозависящих параметра температура и влажность внутренней среды в установке, а также концентрация в среде дыма или жидкого дыма. Эти параметры непосредственно влияют на получение мясной продукции с заданными вкусовыми и физико-химическими свойствами.

Исходя из, особенностей процесса копчения в установках серии КВС-800 и поставленных задач на модернизацию системы управления температурным режимом сушки мясопродуктов можно выделить следующие контуры управления:

- температурой среды сушильно-коптильной установки с подчиненными контурами протока горячего воздуха через калориферы и холодного воздуха при кондиционировании;

- влажности среды сушильно-коптильной установки с дымоотводом;

- аэрации мясопродуктов дымом или жидким дымом;

Проведем разработку функциональных схем автоматизации контуров управления сушильно-коптильной установки КВС-800 в соответствии с постановкой задач на модернизацию существующей системы управления. Следует также отметить, что контуры температуры и влажности среды внутри сушильно-коптильной установки являются взаимосвязанными, т.к. влажность непосредственно зависит от температуры воздуха в камере. Кроме этого, все контуры управления технологическим процессом должны функционировать совместно с целью поддержания технологических параметров процесса в соответствии заданным.

Контур регулирования температуры среды сушильно-коптильной установки. Исполнительным органом регулирования температуры являются электрические ТЭНы через которые осуществляется проток воздуха. С целью повышения точности регулирования температуры в соответствии с постановкой задач на модернизацию применим широтно-импульсное регулирование по напряжению (TRCA1) на ТЭНах, а также варьирование скорости потока воздуха путем регулирования частоты вращения (SCA1…SCA3) электродвигателей проточных вентиляторов (M1…M3). Вентиляционный блок размещен в верхней части камеры. В нижней части осуществляется копчение/сушка масопродуктов. Возле вентиляционных каналов с одной или двух сторон вентиляционной камеры размещены ТЭНы. Проточный от вентиляторов воздух проходит через ТЭНы и повышает температуру, одновременно устраняя влажность с поверхности мясопродуктов, а затем выходит с противоположной стороны через вентиляторы, тем самым, образуя воздушный круговорот, таким образом, осуществляется сушка.

Подача кондиционированного холодного воздуха в сушильно-коптильную установку производится в том случае, если температура внутренней среды превышает заданные температурные параметры, контролируемые термопарой ТЕ5. При превышении заданного температурного режима сушки/копчения регулятор TRCA5 подает сигнал на открытие шиберной заслонки подачи холодного воздуха М5.

Регулирование величины напряжения на ТЭНах осуществляется по показаниям трех термопар ТЕ1-ТЕ3 установленных по зонам рабочего пространства. Такая модернизация контура температуры позволит уменьшить энергозатраты на прогрев внутренней среды установки. На рисунке приведена функциональная схема автоматизации контура регулирования температуры среды внутри сушильно-коптильной установки.

Рисунок 12 - Функциональная схема автоматизации контура регулирования температуры среды сушильно-коптильной установки

Разработанные функциональные схемы автоматизации контуров управления технологическим процессом позволяют разработать схему автоматизации сушильно-коптильной установки КВС-800.

3.2 Выбор средств автоматизации системы управления температурным режимом сушки мясопродуктов

3.2.1 Выбор программируемого логического контроллера системы автоматизации

Управление и контроль технологическим процессом осуществляется с помощью центрального промышленного программируемого контроллера (ПЛК). Исходя из условий точности, надежности, работоспособности, сложности системы управления, задач автоматизации выбираем промышленный контроллер SIMATIC фирмы SIEMENS.

Основу семейства SIMATIC составляет ряд контроллеров различной производительности. Все контроллеры просты в использовании, экономичны и отличаются высокой производительностью при незначительных размерах и массе, отвечают жестким требованиям условий эксплуатации, допускают расширение [7].

Исходя из задач управления, рассмотрим возможности контроллера серии SIMATIC S7-300.

ПЛК серии SIMATIC S7-300 являются более функциональными, и применяется для решения различных задач автоматики. Его отличительными особенностями является:

- более высокая мощность, благодаря большому числу встроенных функций, а также быстрая обработка прерываний делает возможным мгновенную реакцию на изменения процесса;

высокий уровень пригодности для работы в промышленных условиях благодаря высокой электромагнитной совместимости, стойкости к вибрационным и ударным нагрузкам.

модульная конструкция для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности с разнообразным набором модулей для максимальной адаптации к решению любой задачи;

гибкость использования благодаря возможности использовать распределенные структуры ввода-вывода и простого включения в сети;

свободное наращивание возможностей при дальнейшей модернизации системы;

богатый набор команд позволяет решать различные задачи автоматизации за счет простого интерфейса программного обеспечения и мощный программатор.

Технические характеристики для управления технологическим процессом, и для обработки информации получаемой с датчиков, применим ПЛК серии SIMATIC S7-300. Серия данных контроллеров имеет широкую номенклатуру, около 22, а также модулей расширения ввода-вывода. Имеется встроенный блок питания на 24 В постоянного тока, обеспечивающий питание входных и выходных цепей программируемого логического контроллера.

Модернизируемая система управления сушильно-коптильной установки мясопродуктов КВС-800 является распределенной в пространстве, имеет аналоговые, дискретные управляющие и информационные сигналы. Такая структура системы управления с разнообразными входными и выходными сигналами, блокировками и защитами, может быть реализована с помощью процессорного модуля SIMATIC S7-300 с процессором CPU 315С-2DP, а также модулями ввода и модулями вывода дискретных и аналоговых сигналов.

ПЛК серии CPU 315С-2DP имеет следующие характеристики:

время выполнения двоичной команды 100 нс;

расширенный объем памяти загружаемой памяти объемом 48 Кбайт;

количество интегрированных дискретных выводов - 1624 В;

количество интегрированных дискретного ввода - 2424 В;

количество интегрированных аналоговых выводов - 2;

количество интегрированных аналоговых вводов - 5;

количество подключаемы модулей расширения: - 8 модулей;

диагностический буфер, в котором сохраняется 100 последних сообщений об отказах и прерываниях;

сохранение программы в карте памяти;

часы реального времени;

встроенные коммуникационные функции связи с панелью оператора;

светодиоды индикации состояний и отказов.

Питающее напряжение на контроллер подается от специального блока питания, который устанавливается на первую ячейку модулей контроллера. Модули блоков питания для SIMATIC S7-315С-2DP предназначены для преобразования входного напряжения ~120/230 В в выходное постоянное напряжение 24 В, необходимое для питания контроллера и функциональных блоков.

Выбранный программируемый логический контроллер в проектируемой системе автоматизации является ведущим (Master) к которому по сети Profibus подключаются ведомые исполнительные органы в данном случае такими устройствами являются частотные преобразователи электроприводов вентиляционных блоков Micromaster 240.

3.2.2 Выбор устройств распределенного ввода/вывода информационных и управляющих сигналов контроллера SIMATIC S7-300

К устройствам распределенного ввода/вывода информационных и управляющих сигналов к контроллеру SIMATIC S7-300 подключаются измерительные преобразователи, релейная автоматика электроприводов и механизмов электрических оборотних. Для выбора типа и количества сигнальных SM-модулей серии Simatic 300 проведем анализ управляющих сигналов на исполнительные органы и информационных сигналов ввода/ вывода от измерительных преобразователей при функционировании автоматизированной системы управления температурным режимом сушки мясопродуктов. Результаты анализа сведем в табл.

Таблица - Управляющие и информационные сигналы системы автоматизации сушильно-коптильной установкой мясной продукции КВС-800

Назначение сигнала	Тип сигнала
	Аналоговый	Дискретный
	ввод AI	вывод AO	ввод DI	вывод DO
Измерительные преобразователи
Температура в камере ТЕ1	1
Температура в камере ТЕ2	1
Температура в камере ТЕ3	1
Температура холодного воздуха ТЕ5	1
Реле питания ТЭНов				1
МЭО заслонки вытяжного вентилятора МСА 0
Включение вперед питания КМ 0.1 с токовой защитой КК0.1				1
Включение назад питания КМ 0.2 с токовой защитой КК0.2				1
Подтверждение включения рубильника QF0			1
Ручной режим К0.1				1
Автоматический режим К0.2				1
МСА 0 закрыт К0.3			1
МСА 0 открыт К0.4			1
Задание положения заслонки		1
МЭО заслонки вентилятора холодного воздуха TRСА 5
Включение вперед питания КМ 5.1 с токовой защитой КК5.1				1
Включение назад питания КМ 5.2 с токовой защитой КК5.2				1
Подтверждение включения рубильника QF5			1
Ручной режим К5.1				1
Автоматический режим К5.2				1
TRСА 5 закрыть К5.3			1
TRСА 5 открыть К5.4			1
Задание положения заслонки		1
МЭО заслонки жидкого дыма (дыма) TRСА 6
TRСА 6 закрыть К6.1				1
TRСА 6 открыть К6.2				1
Подтверждение включения рубильника SF6			1
TRСА 6 закрыт			1
TRСА 6 открыт			1
Задание положения заслонки		1
Электропривода проточного вентилятора Micromaster MM300 SCA1
Включение/отключение питания КМ 1.1 с токовой защитой КК1				1
Подтверждение включения рубильника КМ1.1			1
Электропривода проточного вентилятора Micromaster MM300 SCA2
Включение/отключение питания КМ 2.1 с токовой защитой КК2				1
Подтверждение включения рубильника КМ2.1			1
Электропривода проточного вентилятора Micromaster MM300 SCA3
Включение/отключение питания КМ 3.1 с токовой защитой КК3				1
Подтверждение включения рубильника КМ3.1			1
Электропривод вытяжного вентилятора Micromaster MM300 SCA4
Включение/отключение питания КМ 4.1 или сработка токовой защиты КК4				1
Подтверждение включения рубильника QF4			1
Ток двигателя	1
Температура двигателя	1
Задание частоты вращения вентилятора SPEED		1
Общие сигналы SCA1… SCA3
Задание частоты вращения вентилятора ZS1		1
Квитирование ошибки				1
Сигнал останова				1
Сигнал работы				1
ИТОГО	13	5	13	18
Количество интегрированных вводов/выводов контроллера	5	2	24	16
Превышение количества интегрированных вводов/выводов контроллера	8	9	-11	2

В соответствии с таблицей осуществим выбор и распределение информационных и управляющих сигналов по устройствам ввода/вывода. Основываясь на требованиях к проектируемой системе управления и количестве входных и выходных сигналов, а также возможностей обеспечения блокировки и защиты микропроцессорный модуль SIMATIC

S7-300 должен быть, сформирован с ПЛК CPU 315 2DP и модулями ввода, вывода дискретных и аналоговых сигналов. Применение коммуникационных моделей вызвано тем, что количество информационных и управляющих сигналов превышает паспортные данные контроллера по количеству дискретных выводов и аналоговых вводов/выводов (см. табл. 3.1). С целью устранения данного недостатка применим следующие коммуникационные модули:

1) Коммуникационный модуль дискретного вывода SM322 DO 8 relay 24 VDC/5A, 230 VAC/5A типа 6SE7322-1НF20-0AA0. Модуль вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних выходных дискретных логических сигналов контроллера. С помощью модуля вывода дискретных сигналов к контроллеру SIMATIC S7-300 производится управление частотным преобразователем электропривода вытяжного вентилятора и МЭО путем выдачи сигналов на коммутацию соответствующих пусковых реле.

2) Коммуникационные модули аналогового вывода SM 332 AO4x12Bit типа 6ES7332-1HD00-0AB0 - в количестве 2 штуки. Модуль вывода аналоговых сигналов предназначен для выдачи управляющих сигналов задания на углы открытия шиберных заслонок МЭО дымоотвода, кондиционирования, распыления жидкого дыма, а также частот вращения вентиляторов проточной и вытяжной системы.

3) Коммуникационные модули аналогового ввода SM 331 AI8x14Bit типа 6ES7331-1HF00-0AB0 - в количестве 3 штук. Модули ввода аналоговых сигналов применяются для подключения датчиков с унифицированными сигналами напряжения и силы тока, а именно температуры и влажности. Они выполняют аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов в контроллер и формируют цифровые значения мгновенных значений аналоговых величин. Модули способны пересылать в центральный процессор большой объем диагностической информации.

Сформулированные требования к системе и средствам управления дают возможность спроектировать распределенную в пространстве систему управления.

3.3 Разработка структурной схемы системы управления сушильно-коптильной камеры КВС-800

Функционирование контуров управления технологическими параметрами сушки/копчения мясных продуктов по заданному программному алгоритму обеспечивает получение высококачественного конечного продукта.

Проектирование архитектуры автоматизированной системы управления температурным режимом сушки будем осуществлять по трех уровневой схеме. Первый или нижний уровень SCADA предназначен для обработки и сбора информации с датчиков о протекании технологического процесса, а также для управления установленными по месту исполнительными механизмами и релейной автоматикой пуска/защиты. Информационные потоки с измерительных преобразователей температуры, влажности, скорости и др. обрабатываются центральным программируемым логическим контроллером по заданному алгоритму управления технологическим процессом. В зависимости от показаний датчиков формируются определенные управляющие сигналы на исполнительные механизмы контуров управления. На втором уровне обеспечивается программное управление по заданным параметрам технологического процесса сушки. Задание, ручная коррекция и визуальный контроль параметров копчения, а также ходом сушки-копчения мясной продукции производится с пульта оператора. Автоматизированное управление исполнительными механизмами с целью поддержания, контролируемых заданных величин температуры, уровня влажности в установке и на поверхности мясной продукции, происходит по заданной программе центральным программируемым логическим контроллером (ПЛК). К средствам автоматизации данного уровня относится пульт управления, ПЛК. Промышленный компьютер объединен сетью PROFIBUS DP с распределенным оборудованием и подключен к локальному сегменту цеховой сети Ethernet на третьим уровнем. На третьем (верхнем) уровне осуществляется обработка информации, которая включает контроль за ходом технологического процесса, расходом теплоносителя, протоколирование, архивирование и оперативный контроль централизованная обработка информации о технологическом процессе на предприятия по сети Ethernet.