Автоматизация технологического процесса производства жидкой шоколадной массы с применением современных приборов и средств контроля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Одним из приоритетным направлением развития экономики страны являются повышение конкурентоспособности национальной экономики за счет углубления структурных преобразований, модернизации и диверсификации ее ведущих отраслей:

- обеспечение сбалансированности и устойчивости национальной экономики, увеличение в ее структуре доли промышленности, сферы услуг, малого бизнеса и частного предпринимательства;

- проведение активной инвестиционной политики, направленной на модернизацию, технического и технологического обновления производства, реализации проектов производственной, транспортно-коммуникационной и социальной инфраструктуры;

- дальнейшая модернизация и диверсификация промышленности путем перевода его на качественно новый уровень, направленного на опережающее развитие высокотехнологичных обрабатывающих отраслей, прежде всего по производству готовой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов;

- создание эффективной конкурентной среды для отраслей экономики и поэтапное снижение монополии на рынках товаров и услуг;

- освоение выпуска принципиально новых видов продукции и технологий, обеспечение на этой основе конкурентоспособности отечественных товаров на внешних и внутренних рынках;

- продолжение политики стимулирования локализации производства и импортозамещение, прежде всего потребительских товаров и комплектующих изделий, расширение межотраслевой промышленной кооперации; сокращение энергоемкости и ресурсоемкости экономики, широкого внедрения в производство энергосберегающих технологий, расширение использования возобновляемых источников энергии, повышение производительности труда в отраслях экономики;

- создание новых и повышение эффективности действующих свободных экономических зон, технопарков, малых промышленных зон;

- ускоренное развитие сферы услуг, повышение роли и доли услуг в формировании валового внутреннего продукта, кардинальное изменение структуры предоставляемых услуг, прежде всего за счет современных высокотехнологичных видов услуг.

Для осуществления этих требований необходимо автоматизация технологических процессов.

Цель работы - автоматизация технологического процесса производства жидкой шоколадной массы с применением современных приборов и средств контроля.

Задачами выпускной квалификационной работы является: выбор объекта управления; определение параметров для контроля, управления, сигнализации; разработка функциональной схемы автоматизации и другой документации.

В настоящее время все большее внимание уделяется вопросам автоматизации и созданию автоматизированных систем управления (АСУ). Эксплуатация таких систем может быть эффективной только при всесторонних глубоких знаниях в области автоматического управления не только персонала, обслуживающего системы, но и всех работников сферы управления предприятием, цехами, вспомогательными службами.

Развитие промышленного производства продолжается по пути роста разнообразия производимый продукции, усложенения технологических процессов и процедур управления. Сегодня ни одно производство не может обойтись без использования автоматизированных системах управления. В них осуществляется контроль и регулировка параметров процессов, разработка и исполнение программ для технологического оборудования с числовым управлением, сбор статистики по технологическим параметрам и загрузке оборудования и т.п.



1. Физико-химические основы и основные принципы процесса производства шоколадных масс

Шоколадная масса представляет собой тонкодисперсную смесь, состоящую из какао тертого, какао-масла и сахарной пудры. Кроме этих основных компонентов, в шоколадные массы вводят вкусовые и ароматизирующие добавки. В качестве добавок наиболее широко применяют сухое молоко, сухие сливки, тертые ядра ореха или миндаля и т.п. В качестве ароматизатора в шоколадные массы вводят ванилин или ванильную эссенцию. Кроме этого, в рецептуру шоколадных масс входит соевый фосфатидный концентрат. Его вводят с целью снижения вязкости массы и соответственно снижения расхода какао-масла. Массовая доля фосфатидного концентрата составляет 0,4% (4 кг/т). В некоторые сорта шоколада вводят вкусовые добавки в виде кофе, корицы, экстракта чая, спирта и т.п.

Шоколадная масса в зависимости от температуры может находиться в твердом или жидком состоянии. По структуре жидкая шоколадная масса представляет собой суспензию, в которой дисперсионной средой является жидкое какао-масло, а дисперсной фазой - сахарная пудра и твердые частицы какао. мельница рецептурный смесительный автоматизация

Классификация шоколадных масс. Шоколадные массы, так же как и шоколад, подразделяют на массы без добавок и массы с добавками. Шоколадная масса без добавок состоит из трех основных компонентов: сахарной пудры, какао тертого и какао-масла. Кроме того, в нее водят соевые фосфатидные концентраты, ванилин или ванильную эссенцию. В шоколадную массу с добавками, кроме того, вводят перечисленные выше компоненты.

Шоколадные массы подразделяют также на обыкновенные и десертные. Процесс приготовления обыкновенных шоколадных масс исключает следующие операции: смешивание компонентов; измельчение; доводку какао-маслом; гомогенизацию. При изготовлении шоколадных масс для десертных сортов шоколада их подвергают дополнительной обработке - коншированию (отделке). Эту операцию осуществляют на специальном оборудовании - коншмашинах. Как обыкновенная шоколадная масса, так и десертная могут быть как с добавками, так и без них.

Шоколадная масса может состоять из трех основных компонентов: какао тертого (Т), какао-масла (М) и нешоколадных добавок (Д). Если за Т, М и Д считать доли основных компонентов в процентах по массе, то для любой шоколадной массы будет справедливо уравнение:

Т+М + Д = 100 (1)

Если же долю сахара в процентах обозначить через С, а долю прочих нешоколадных добавок - через Д то получим следующее соотношение:

Д = С + П (2)

Для шоколадной массы без добавлений, если пренебречь сравнительно малой долей разжижителя и ароматизатора, уравнение примет следующий вид:

Т + М+С = 100 (3)

Соотношение основных компонентов рецептуры шоколадной массы Т, М и Д может колебаться в значительных пределах. Однако имеется ряд ограничений, которые обусловлены, с одной стороны, технологией производства и его экономикой, а с другой - потребительскими качествами, равным образом вкусом. Например, массовая доля жира в шоколадной лассе должна колебаться незначительно и находиться в пределах 31-36%. Такое содержание жира обеспечивает необходимую для формования текучесть массы. Жир вводят в шоколадную массу в виде какао-масла и с какао тертым (массовая доля жира около 54%). В связи с этим при увеличении доли какао тертого, вводимого в шоколадную массу, должна быть несколько снижена доля какао-масла и наоборот. При этом следует учитывать, что некоторое количество жира можно вводить с добавками (молоко, орех, соевые фосфатидные концентраты и т.п.).

В уравнении 1 может быть несколько крайних частных случаев, таких, например, когда один из компонентов равен нулю.

Если Г равно нулю, то уравнение примет вид: М + Д = 100.

Это соответствует предельно светлой шоколадной массе, которая не содержит какао тертого, а состоит только из какао-масла, сахара и прочих добавок. Унифицированными рецептурами предусмотрен выпуск соответствующего этой формуле шоколада, который имеет почти белый цвет («Белый шоколад»).

Если М равно нулю, то уравнение примет вид: Г + Д = 100.

Это соответствует шоколадной массе, состоящей только из какао тертого, сахара и прочих добавок. Шоколадная масса, которая соответствовала бы этой формуле, не предусмотрена унифицированными рецептурами, хотя теоретически рецептура такой шоколадной массы возможна. Для того чтобы такая масса была технологичной и ее можно было бы отливать, доля какао тертого должна быть не менее 60%. Такой шоколад будет очень горьким. Если же долю сахара увеличить, то масса не будет обладать необходимой текучестью для отливки.

Если Д равно нулю, то уравнение примет вид: Т+М = 100.

Это соответствует шоколадной массе, состоящей только из какао-продуктов без добавок. Такую массу нельзя назвать шоколадной. Практически в шоколадной массе обязательно должно содержаться от 30 до 70% добавок, в основном сахара, а по его массовой доле стандартом предусмотрен ряд ограничений, которые безусловно следует принимать во внимание. Эти ограничения иногда зависят от вида шоколадной массы. Например, для шоколадной массы без добавок массовая доля сахара не должна превышать 55%. Такое же ограничение для шоколада с добавками, но только для тех сортов, в которые вводят более 300 кг какао тертого на 1 т. Если же доля какао тертого менее 300 кг на 1 т, то стандартом допускается массовая доля сахара уже до 63%.

Действующие рецептуры на шоколад построены с учетом вышеуказанных ограничений и предусматривают колебания в расходе на 1 т шоколада (в кг): какао тертого (7) от 69,3 («Лунный») до 578 («Прима»); какао-масла (М) от 50 («Прима») до 264 («Буратино»); сахара (С) от 390 («Прима») до 624 («Шоколадные пуговицы»).

Вкусовые качества шоколадной массы в значительной степени обусловлены соотношением массы сахара и какао тертого. Какао тертое дает специфический горький вкус, а сахар - сладость шоколадной массы.

Отношение массы вводимого в шоколад сахара к массе вводимого какао тертого принято называть «коэффициентом сладости» П_с.

Значение его соответствует формуле:

Пс = С / Т.

По значению этого коэффициента все виды шоколадных масс делят на пять групп. Ниже приведены интервалы значения коэффициента сладости и соответствующие им по вкусу шоколадные массы.

Вкус шоколадной массы:

Очень сладкий

Сладкий

Полусладкий

Полугорький

Горький

Значения П_с для различных шоколадных масс, предусмотренных унифицированными рецептурами, колеблются в широких пределах (табл. 2).



Таблица 2 Значения П_с для различных групп шоколадных масс

Особо следует выделить шоколадную массу для шоколада «Белый шоколад». Рецептурой этого шоколада не предусмотрено введение какао тертого. Значение П_с для этой шоколадной массы равно бесконечности.

С целью облегчения работ с рецептурами шоколадных масс, требующих от технолога в повседневной деятельности значительных затрат времени, разработана специальная номограмма. Эта номограмма позволяет, не прибегая к числовым расчетам, графическим путем решать большой комплекс вопросов, связанных с технологией шоколадного производства (например, расчет расхода какао-бобов и количества образующегося жмыха на 1 т шоколада, расчет рецептуры несколько обезжиренной шоколадной массы, поступающей на вальцевание, коэффициента сладости и многих других).

Шоколадные массы готовят периодическим и непрерывным способом.

Получение шоколадных масс периодическим способом. При периодическом способе для смешивания компонентов рецептуры шоколадной массы используют месильные машины (миксы) или меланжеры. Компоненты рецептуры загружают в следующей последовательности: какао тертое, сахарная пудра, добавки (сухое молоко, тертый орех и т.п.) и какао-масло. Какао-масло вводят не полностью, а из такого расчета, чтобы массовая доля жира полученной после смешивания шоколадной массы была около 28%. Это вызвано тем, что масса с полным рецептурным содержанием жира 32-36% имеет жидкую консистенцию и не может быть эффективно обработана на вальцовых мельницах. Оставшуюся часть какао-масла вводят на стадии разводки после вальцевания.

Смешивание производят при температуре 40-45°С. При этой температуре какао тертое и какао-масло находятся в жидком состоянии. Продолжительность смешивания (15-30 мин) зависит от количества перемешиваемой массы. Полученная в результате смешивания шоколадная масса должна быть пластична, и все твердые частицы сахара, какао тертого и добавок должны быть равномерно распределены в жидкой фазе (какао-масло). Качество перемешивания всех компонентов рецептуры (однородность полученной массы) оказывает большое влияние на правильное проведение последующего процесса измельчения и качество изготовленного шоколада.

Полученную таким образом шоколадную массу можно представить как суспензию, в которой дисперсионной средой является какао-масло, а дисперсной фазой - сахарная пудра и твердые частички из какао тертого. Как правило, сахарная пудра, содержит значительную долю частиц с более крупными размерами, чем допустимы в шоколадной массе, и не все твердые частички какао тертого измельчены достаточно хорошо. По этой причине такая шоколадная масса имеет грубый вкус, и для получения из нее шоколада высокого качества ее следует подвергнуть дополнительному измельчению. В связи с этим для измельчения содержащихся в шоколадной массе крупных частичек ее обязательно подвергают процессу однократного или многократного вальцевания. При этом твердые частицы измельчаются в процессе механического воздействия вальцов.

При вальцевании частицы раздавливаются и истираются. Для измельчения шоколадных масс широко применяют пятивальцовые мельницы.

На рис. А представлен один из вариантов современной пятивальцовой мельницы, разработанный фирмой «Бюлер» (Швейцария). Пять вальцов 12 расположены между двумя боковыми стойками 1 и 11, внутри которых смонтированы зубчатые передачи, системы смазки и регулирования работы мельницы.

Рис. А

Привод вальцов осуществляется от электродвигателя 5, установленного на траверсе 4, соединяющей боковые стойки. Бункер-дозатор 7 снабжен подвижной заслонкой-днищем, поворачивающейся с помощью пневмоцилиндра 8. Бункер подвешен на опорах 6, которые могут перемещаться, отодвигая бункер от вальцов, если их нужно осмотреть. На уровне плеча вальцовщика вальцы закрываются решеткой 10. На траверсе 4 смонтирован подвижной электронный пульт 9 управления, который предназначен для оптимального и надежного управления работой мельницы в автоматическом режиме, регулирования и наблюдения за ее работой. В верхней части панели управления размещены индикаторы на жидких кристаллах, функциональные клавиши, а также сенсорная клавиатура для ввода данных. Устройство пульта позволяет вводить или отображать на дисплее. В нижней части панели пульта располагаются переключатели, необходимые для ручной работы; цифровые индикаторы силы тока и величины зазора в первом проходе; мнемосхема мельницы со светодиодами, сигнализирующими о неисправностях; светодиоды - указатели уровня продукта в бункере-дозаторе. Наличие электронного управления позволяет включать мельницу в автоматизированные производственные линии.

Для экстренного отключения мельницы на боковой стойке 7 расположена кнопка 2 красного цвета. Приборы 3 показывают силу тока и напряжение в сети.

Мельница работает следующим образом. Рецептурная смесь (рис. 7, б) скребком снимается с ленты конвейера 72 и заполняет бункер-дозатор 77, дно которого закрыто подвижной заслонкой 4. Бункер-дозатор крепится двумя опорами 10 с пальцами 9 к подвижному штоку 13 гидроцилиндра 75. Пальцы 9 снабжены тензометрическими датчиками, которые регистрируют количество рецептурной смеси в бункере-дозаторе. По достижении заданной массы прекращается поступление продукта с ленты конвейера 72. Количество порций и их масса регистрируются в запоминающем устройстве электронного пульта управления мельницей.

С пульта сигнал поступает на пневмоцилиндр 8, в который втягивается шток 6, и заслонка 4 раскрывается. Величина перемещения заслонки задается заранее и корректируется датчиком 5, контролирующим количество рецептурной смеси в приемной воронке 2. Специальным устройством продукт разравнивается по длине вальца I и поступает в первый зазор между вальцами I и II. Скорость вальца II больше, чем вальца I, поэтому измельчаемая масса прилипает к вальцу II и проходит в зазор между ним и вальцом III. Датчик 7 контролирует толщину измельчаемой массы на вальце III. Вальцы III...V вращаются с нарастающей скоростью, в результате чего продукт раздавливается и истирается. С верхнего вальца V масса снимается скребком 77. По наклонному лотку 19 масса поступает на ленту отводящего конвейера 20. Лоток 19 закрывается сверху дверцами 18, которые можно открывать для осмотра. В лотке над отвальцованной массой устанавливаются постоянные магниты, улавливающие ферропримеси.

Привод вальцов осуществляется от электродвигателя 16 через ременную и зубчатую передачи. Натяжение ременной передачи проводится с помощью гидроцилиндра 14, шток которого шарнирно связан с плитой, на которой установлен электродвигатель.

Для предотвращения поломки опорные подшипники вальца I снабжены устройством со срезным штифтом. При попадании постороннего предмета штифт срезается и валец I отходит влево, при этом электродвигатель отключается. Безопасность обслуживающего персонала обеспечивается наличием предохранительных решеток 3 и 27. Мельница устанавливается на виброгасящие опоры 7.

Вальцы мельницы изготовляются из отбеленного чугуна способом центробежного литья и имеют высокую износостойкость и оптимальную теплопроводность.

2. Описание поточной линии для приготовления шоколадных масс

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Рецептурно-смесительный комплекс

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

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

Рисунок 2 - Рецептурно-смесительный комплекс для приготовления шоколадных масс

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

· температура смеси в смесителе, влияющая на качество смеси;

· точное дозирование компонентов;

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

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

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

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

Регулирование температуры в смесителе можно обеспечить путем изменения расхода греющего агента в зависимости от температуры внутри смесителя. С помощью датчика, соединенного с регулятором, который воздействует на электромагнитный клапан, поддерживается температура в пределах 62-67⁰С, необходимая для требуемой пластификации массы.

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

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

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

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

Составляем технологическую карту параметров, таблица 1.



Таблица 1 Технологическая карта параметров процесса приготовления смеси

Аппарат	Параметр	Функции системы автоматизации
	Наименование и размерность	Номинальное значение	Предельные значения
1	2	3	4	5
Сборник какао тертого	Температура подаваемого компонента, 0С	65	60…70	Показание, регулирование с помощью контроля слива теплоносителя из рубашки
	Уровень подаваемого компонента, м	0,3	0,1…0,4	Показание, сигнализация, отключение и включение двигателя насоса
Дозаторы	Расход какао тертого, кг/ч	165/200	60…300	Показание, регистрация, регулирование с помощью изменения частоты вращения
Смеситель	Температура смеси, 0С	65	62…67	Показание, регулирование с помощью изменения расхода греющего агента
Пятивальцовая мельница	Давление в гидроцилиндрах, кПа	15	10…20	Показание, регулирование с помощью контроля расхода масла в гидроцилиндрах
	Температура вальцов, 0С	24	20…28	Показание, регулирование с помощью изменения расхода хладагента

5. Выбор технических средств и описание схемы автоматизации

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Частотные преобразователи серии СТ-2004V предназначены для построения частотно-регулируемых приводов. Управление ведется векторным способом с помощью ШИМ-модуляции. Диапазон регулирования скорости 1:100. Точность регулирования ±1%. Имеется автонастройка, ограничение скорости, торможение, ПИД-регулятор, аналоговый выход и интерфейс RS-232. Дисплей информирует о частоте, напряжении тока, крутящем моменте, значениях установок, кодов и ошибках.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Все выбранные приборы занесены в таблицу 2.

Таблица 2 пецификация на приборы и средства автоматизации

Поз.	Измеряемый параметр и его номинальное значение	Наименование прибора	Тип	Кол-во	Место установки	Лит. Ссылка
1	2	3	4	5	6	7
1	Температура, 60-700С	Термометр сопротивления. Пределы измерения от 0 до 1800С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1	Ёмкость Е1	[3], с.57
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1	Трубопровод слива теплоносителя из Е1	[3], с.20
2	Уровень, 0,1…0,4м	Датчик гидростатического давления. Пределы измерения уровня 10м. Погрешность 0,5%. Давление 0,4 МПа. Выходной сигнал 0…0,5мА.	Метран-100-ДГ	2	Ёмкость Е1	[3], с.12
3	Температура, 62-670С	Термометр сопротивления. Пределы измерения 0 до 1800С. Погрешность 0,5%. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТСМУ-Метран-274	1	Смеситель С	[3], с.57
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	1	Трубопровод подачи тепло- носителя в С	[3], с.20
4	Температура, 220С	Термоэлектрический датчик температуры. Т = 0…6000С. Выходной сигнал 0…0,5мА.	ТХАУ-205	5	Вальцы мельницы ПМ	[3], с.4
		Клапан регулирующий.	25ч939нж	5	Трубопровод	[3], с.20
5	Давление 15 МПа	Датчик для измерения избыточного давления 0…25МПа. Выходной сигнал 0…0,5мА.	МЕТРАН-43-ДИ-3173	6	Гидро-цилиндры мельницы ПМ	[3], с.7
6	Расход	Частотный преобразователь.	СТ-2004V-5А5	1	Дозатор какао-тертого	[4], с.15
7		Универсальный микропроцессорный контролер.	Ш-9329	1	Управляющий пульт	[4], с.9

6. Описание средств автоматизации

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Если жидкость в емкости находится под избыточным давлением, то дифманометр 1 включают по схеме, приведенной на рисунке 4-б, причем его плюсовую камеру соединяют с пространством над жидкостью через уравнительный сосуд 2. Этот сосуд заполняют жидкостью, столб которой создает постоянное гидростатическое давление в плюсовой камере дифманометра. Поэтому измеряемый перепад давлений ДР, равный разности гидростатических давлений жидкости в камерах дифманометра, будет пропорционален разности между уровнем Н_тах в уравнительном сосуде и измеряемым уровнем Н. Так как уровень в уравнительном сосуде постоянен и известен, то его всегда можно учесть в показаниях прибора.



Рисунок 4 - Схемы гидростатических уровнемеров

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

Погрешность измерения 1,5-2%.

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

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



Рисунок 6. Схема измерительного преобразователя давления МЕТРАН

Размещено на Allbest.ru