Технология производства диффузионного сока свеклосахарного производства

Размещено на http://allbest.ru/

Министерство науки и образования РФ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологии и управления имени К. Г. Разумовского» филиал в г. Чебоксары (ЧР)

Кафедра технологии и экспертизы товара

Курсовой проект

Тема: Технология производства (приготовления) диффузионного сока свеклосахарного производства.

Чебоксары,2013



Содержание

Введение

1. Описание технологического процесса производства (приготовления) диффузионного сока свеклосахарного производства

2. Определение и выбор устройств для измерения и контроля

3. Выбор оборудования регулирования и управления для автоматизации технологического процесса

4. Разработка схемы, автоматизации технологического процесса. Описание работы АСУ ТП выпарной установки

Заключение

Список литературы



Введение

Актуальность темы исследования. Развитие свеклосахарного производства играет важную роль в обеспечении продовольственной безопасности страны. Однако недостаточное обновление техники, высокие цены на горючее и смазочные материалы, резкое сокращение основных технологических материалов, ухудшение их качества и ряд других факторов привели к резкому сокращению, как посевных площадей, так и перерабатывающих сахарную свеклу заводов, дисбалансу между объемами производства и переработки сахарной свеклы.

Центральной проблемой современного свеклосахарного производства является повышение его экономической эффективности. Уровень экономической эффективности определяется множеством факторов, среди которых первостепенное значение имеют: состояние рынков сбыта; обеспеченность производственными ресурсами; наличие долгосрочных интересов участников свеклосахарного производства; согласованность действий смежных организаций, общность их экономических целей; разработанность мероприятий для эффективного развития свеклосахарного производства, позволяющего принимать оптимальные решения на всех стадиях производственно-сбытового процесса.

Распад централизованной системы ресурсного обеспечения, несовершенство рыночного механизма привели к диспропорции в развитии свеклосахарного производства, перераспределения значительной доли прибыли в пользу торгово-посреднических структур. В подавляющем большинстве в хозяйствах, выращивающих сахарную свеклу, ее реализация оказывает решающее влияние на их финансовое состояние, но под воздействием комплекса негативных внутренних и внешних факторов, снижается выгодность производства, ухудшаются основные параметры отрасли, и как следствие, сужаются возможности сельскохозяйственных товаропроизводителей вести расширенное воспроизводство. Расслоение сельскохозяйственных товаропроизводителей по финансовому состоянию обусловливает разноуровневые возможности использования новых сортов и семян сахарной свеклы, средств химизации, интенсивных технологий, технических средств, что в свою очередь изменяет их соотношение и пропорции, а следовательно, величину урожая, качество и конкурентоспособность свеклосахарной продукции.

Актуальность решения проблемы эффективности развития свеклосахарного производства с учётом формирования интегрированных структур, сложившихся диспропорций в производстве и переработке сахарной свеклы, а также недостаточной изученности отдельных теоретических и прикладных аспектов, определили выбор темы диссертационной работы и рассматриваемый ней круг вопросов.

Цель исследования заключалась в разработке свеклосахарного и сахарорафинадного производства, научно обоснованных предложений и практических рекомендаций по развитию.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

выявлены особенности развития свеклосахарного производства как основы эффективного функционирования интегрированных формирований;

дана оценка современного состояния свеклосахарного производства;

раскрыты основные направления повышения эффективности свеклосахарного производства;

обоснована модель регионального интегрированного формирования свеклосахарного производства.

Объект исследования: объектом исследования выступил сахарный завод.

Предмет исследования: предметом исследования является процессы свеклосахарного и сахарорафинадного производства совокупность теоретических, методологических, методических и практических вопросов развития свеклосахарного производства.

Объект исследования: объектом исследования выступил сахарный завод .

Теоретической основой для написания проекта послужили нормативно-правовые документы, методические указания по выполнению расчетно-графического проекта, государственные стандарты, система проектной документации для строительства, автоматизация технологических процессов.

Свеклосахарное производство представляет собой последовательность взаимосвязанных процессов, протекающих в ряде отделений и аппаратов. Получение сахарного песка из свеклы включает гидромеханические, механические, тепловые, диффузионные и другие процессы.

Свеклосахарное производство является непрерывно-поточным, характеризуется высокими значениями потоков материала и энергии, сложностью процессов массотеплообмена, большой протяженностью производственных линий, наличием внутренних обратных связей по материалам.

Свеклосахарное производство как объект управления характеризуется большим разбросом значений контролируемых параметров (свыше 400), наличием транспортного запаздывания и инерционными свойствами отдельных аппаратов, распределенными значениями параметров по времени и протяженности аппаратов.

Производство сахара из сахарной свеклы начинается с процесса подачи свеклы в свеклоперерабатывающее отделение, где происходит ее очистка, измельчение. Из полученной стружки получают диффузионный сок. Очистка диффузионного сока от органических примесей и получение сахарного сиропа происходит в отделении дефекосатурации. Затем в отделении выпаривания осуществляют выпаривание поступающего сока до заданного содержания сухих веществ.

Эффективность функционирования АСУ свеклосахарным производством определяется в основном выбором структур АСУТП отделений и подразделений, их функциями, комплексом аппаратурных и программных средств вычислительной техники с учетом мощности и уровня автоматизации.

Структурную организацию АСУ свеклосахарного завода целесообразно рассматривать по горизонтали (где выделяются технологические отделения и подразделения свеклосахарного завода, функционирующие в плане задач управления законченным технологическим процессом свеклосахарного производства) и по вертикали (где выделяются уровни управления технологическим процессом этого производства). На рис. Представлена структура АСУ свеклосахарного производства.

Технологические отделения и подразделения, как правило, состоят из ряда взаимосвязанных технологических аппаратов, агрегатов и установок, на которых протекает технологический процесс производства сахара-песка и подготовка вспомогательных материалов, энергоносителей, теплоносителей и других материалов (обозначены сплошными линиями).

Автоматизированное управление технологическими отделениями и подразделениями осуществляется сменными технологами на автоматизированных рабочих местах (АРМ) под руководством главного технолога и администрации свеклосахарного завода (обозначены пунктирными линиями).



1. Описание технологического процесса производства

Технология производства (приготовления) диффузионного сока свеклосахарного производства.

В свеклоперерабатывающем отделении осуществляется извлечение сахара из растительного сырья. Сахарную свеклу, поступающую из моечного отделения, измельчают в стружку с помощью свеклорезок и падают в диффузионный аппарат. Здесь в процессе взаимодействия свекольной стружки с водой, сахар вымывается из стружки и переходит в воду. Полученный сахарный раствор, называемый диффузионным соком, откачивают насосами на дальнейшую переработку. Обессахаренная стружка, называемая жомом, удаляется из аппарата. Отжатая из жома вода, называется жомопрессовой водой, возвращается в аппарат. В свеклоперерабатывающем отделении кроме диффузионного аппарата размещено различное вспомогательное оборудование: аппараты для подготовки и подаче воды, свеклорезки, подогреватели, сборник диффузионного сока, транспортеры и другое. Диффузионные аппараты являются основным оборудованием, определяющим работу всего свеклоперерабатывающего отделения. Эффективность работы диффузионного аппарата характеризуется выходными параметрами, к которым относятся содержание сахара в диффузионном соке и удаленном и удаленном из аппарата жомом. Характер протекания процесса обессахаривания, распределения концентрации сахара в различных аппарата и следовательно, выходные параметры зависят от многих факторов.

К ним относятся: расход свекольной стружки и воды, их качество и температура, расход греющего аппарата, частота вращения транспортирующих органов, удельная нагрузка аппаратов, уровень и температура сокостужной смеси и ряд других, влияние которых трудно учесть. Для обеспечения наилучших условий протекания процесса извлечения сахара важное значение имеет: автоматическое дозирование воды подаваемое в аппарат, автоматическое управления нагревом сокостужной смеси и загрузкой аппарата. Недостаток воды привод к повышенному содержанию сахара в жоме, а избыток - к разжижжению диффузионного сока. При недогреве циркулирующего сока и сокостужной смеси значительное время затрачивается на ошпаривание, а время и скорость активной диффузии сокращается. При перегреве значительно уменьшается качество диффузионного сока, затрудняется перемещение стружки и протекание воды. Недогрузка или перегрузка аппарата стружкой вызывает плохое смывание стружки соком. Время активной диффузии и производительности аппарата определяются продолжительность контакта свекольной стружки с соком и условиями ее перемещения. В процессе диффузирования указанные параметры можно косвенно измерить по уровню сокостружечной смеси и нагрузки электродвигателей привода волов. На основании рассмотренных особенностей функционирования диффузионных аппаратов можно сформулировать основные требования к их автоматизации.

Технология производства диффузионного сока:

Для учета количества свеклы, поступающей на переработку в свеклосахарный завод, она взвешивается. Взвешивание свеклы производится на автоматических порционных весах.

Для извлечения сахара из свеклы диффузионным способом свекле необходимо придать вид стружки. Процесс получения стружки из свекловичного корня осуществляется на свеклорезках при помощи диффузионных ножей, установленных в специальных рамках.

Производительность диффузионной установки и содержание сахара в обессахаренной стружке в очень большой степени зависит от качества стружки. Свекловичная стружка, получаемая на свеклорезках в настоящее время, может быть желобчатой или пластинчатой в зависимости от типа диффузионного аппарата. Толщина нормальной стружки составляет (0.5-1) мм. Поверхность ее должна быть гладкой без трещин. Слишком тонкая стружка нежелательна, так как она деформируется, сбивается в комки и ухудшает циркуляцию сока в диффузионных установках. Качество свекловичной стружки принято определять длиной ее в метрах в навеске массой 100 г. Хорошим показателем качества стружки может являться температура и давление на слой.

Для получения качественной свекловичной стружки на центробежных свеклорезках необходимо, чтобы свекла в процессе изрезывания с достаточным усилием прижималась к поверхности ножей и внутренней поверхности барабана. Для центробежных свеклорезок с диаметром барабана 1200 мм при скорости резания 8.2 м/с давление на внутреннюю поверхность барабана около 40 кПа.

На центробежных свеклорезках при нормальных условиях эксплуатации получают стружку наилучшего качества, при этом расходуется наименьшее количество ножей на изрезывание 100 т свеклы по сравнению с другими конструкциями свеклорезок. Производительность свеклорезок можно регулировать изменением частоты вращения ротора или количеством работающих ножей. При переработке волокнистой свеклы диффузионные ножи часто забиваются волокнами и получить стружку хорошего качества невозможно. Для очистки ножей применяется продувка их паром или сжатым воздухом с избыточным давлением 0,7 МПа. После того, как свекла была изрезана в стружку, стружка по ленточному транспортеру направляется к диффузионному аппарату, предварительно производят взвешивание стружки ленточными весами.

Диффузией называется извлечение из сложного по своему составу вещества, с помощью растворителя.

В механизированных диффузионных аппаратах непрерывного действия свекловичная стружка и диффузионный сок находятся в непрерывном противоточном движении.

Важнейшее требование, предъявляемое к диффузионным аппаратам - это строгое соблюдение принципа противотока сока и стружки при равномерном заполнении всего аппарата. Хорошая работа диффузионного аппарата возможна только на стружке высокого качества. Стружка не должна перемешиваться в ходе процесса, а лишь перемещаться, если в аппарате имеются транспортирующие устройства. Для получения диффузионного сока высокого качества в аппарате следует поддерживать определенную температуру, а длительность диффундирования должна быть оптимальной.

Диффузионный процесс необходимо осуществлять при отсутствии воздуха, так как при доступе воздуха диффузионный сок сильно пенится, в нем усиленно развиваются микроорганизмы, вызывающие коррозию стенок аппарата. Потери сахара в процессе диффузии не должны превышать установленных норм, а потери тепла должны быть минимальными. Диффузионные аппараты не должны быть сложными в обслуживании и ремонте.

Достоинствами наклонных диффузионных аппаратов являются: компактность, удобство в обслуживании, относительно низкие потери сахара в жоме, низкая откачка, возможность автоматизации работы.

К недостаткам относятся следующие параметры: измельчение стружки при транспортировке, разные порции стружки находятся в разное время в аппарате, причиной этого является неэффективность транспортирующих органов.

Основные технологические показатели наклонного диффузионного аппарата:

Длина 100 г стружки 9-12 мм

Потери сахара в жоме 0,3% к массе свеклы

Откачка сока 120% к массе свеклы

Время пребывания стружки в аппарате 70-100 мин.

Температурный режим по камерам в аппарате, ^о С 68;70;72;68

свеклосахарный интегрированный автоматизация выпарной



2. Определение и выбор устройств для измерений и контроля

По каналу автоматического регулирования концентрации диффузионного сока в наклонном диффузионном аппарате расстояние между точкой измерения выходной величины и точкой введения регулирующего воздействия - изменение расхода воды составляет почти 20 минут. В результате этого время чистового запаздывания определяемого временем преодолением водой указанного расстояния, заполненного движущейся навстречу ей стружке, достигает 20-ти минут, а постоянная времени объекта по этому каналу превышает 20 минут. Эффективное автоматическое регулирование объектов с неблагоприятными динамическими свойствами возможно лишь путем построения многоконтурных систем регулирования с использованием дополнительной оперативной информации о ходе процесса обессахаривания стружки. Производительность диффузионных аппаратов и полнота извлечения сахара из стружки в значительной степени определяются скоростью перемещения стружки и ее массой, приходящейся на единицу объема корпуса, называемой удельной нагрузкой. Непосредственное регулирование этих параметров, т.е. скорости перемещения стружки и удельной нагрузки, в настоящее время не представляется возможным из-за отсутствия измерительных приборов, поэтому для стабилизации принимают косвенные способы. Удельную нагрузку оценивают по величине тока электродвигателя приводов транспортирующих органов и регулируют путем изменения частоты их вращения или расхода свекловичной стружки. Время чистого запаздывания и инерционность наклонного диффузионного аппарату по каналу регулирования удельной нагрузки соразмерной с их значениями в канале стабилизации концентрации диффузионного сока.

Задача поддержания температурного режима осложняется большой массой обогреваемой сокостружечной смеси. Чистое запаздывание здесь составляет 10-15 минут, а постоянная времени до 30 минут. На входе объекта часто возникают глубокие возмущения по расходу стружки. Рассмотрим схему автоматизации ротационного диффузионного аппарата А1-ПДС-20. Автоматическое регулирование удельной нагрузки аппарата осуществляются путем изменения частоты вращения, а следовательно, и производительности одной из свеклорезок. Величина удельной нагрузки аппарата характеризуется МОКом электродвигателей хвостовых половин транспортирующих шнеков. Токи электродвигателей измеряются с помощью калиброванных пунктов 2б и 2в типа 75 ШС автоматическими потемциометсекциями, которые с достаточной для практики точностью можно представить как объекты с сосредоточенными параметрами. К каждой из секций подводится греющий пар. Температуру сокоструйной смеси регулируют обособленно в каждой из первых пяти секций путем воздействия на расход греющего пара. Датчиками температуры служат медные термометры сопротивления 8а, 9а, 10а, 11а и 12а типа ТСМ-50Н. Вторичные приборы - автоматические мосты 8б, 9б, 10б, 11б и 12б типа КСМ-3 воспринимают сигнал об изменении температуры в соответствующих секциях аппарата и преобразуют их с помощью встроенных пневматических пропорционально-интегральных регулирующих блоков. Под действием выходных сигналов регулирующих блоков клапаны 8д, 9д, 10д, 11д и 12д типа 25430 НЖ изменяют расход пара, подводимого соответственно к пятой, четвертой, третьей, второй и первой секциям. Позициометры 8г, 9г, 10г, 11г и 12г типа ПР10-100 увеличивают быстродействие и определяют статические характеристики регулирующих клапанов. Необходимая продолжительность контакта свекольной стружки с соком достигается путем автоматической стабилизации уровня сока в головной части наклонного диффузионного аппарата. Уровень измеряется пьезометрическим способом с помощью дифемонометра 7е типа ДС-П. Пневматический сигнал, характеризующий уровень сока, поступает от датчика 7е на вторичный прибор 7з типа ПВ10.1Э и статический регулирующий блок 7и типа ПР 2.8. Применение пропорционального закона регулирования обусловлено динамическими свойствами объекта, который по каналу «расход сокоуровень» является интегрирующим звеном. Регулирующее воздействие-изменение расхода диффузионного сока, отбираемого из аппарата, вводится с помощью регулирующего клапана 7я типа 25ч30НЖ, установленного на трубопроводе откачки диффузионного сока.

Технологические параметры процесса ПД.

Холодная Теплая Температура, оС 40-50 50-60 Длительность процесса, мин 20-30 12-15 pH2o преддефекованного сока, ед. 10.8-11.2 10.8-11.2 Количество возврата, % к массе свеклы: сгущенная суспензия, % 10-20 10-20 сок I сатурации, % 30-100 30-100 скорость отстаивания см/мин 1.5-3.0 1.5-3.0

Технологические параметры процесса О Д.

Холодная Теплая Горячая Температура, оС 40-50 50-60 85-90 Расход извести, % к массе НСХ диффузионного сока 85-120 85-120 (% к массе свеклы) (2.0-3.0) (2.0-3.0) Щ по ф-ф, % СаО 0.8-1.1 0.8-1.1 0.8-1.1 Оптимальная длительность с учетом возврата, мин 20-30 10-15 5-10

Технологические параметры процесса I сатурации.

Длительность, мин 10 pH2o сока, ед. 10.8-11.2 Содержание СО2 в сатурационном газе, % 28-35

Давление сатурационного газа, МПа 0.04-0.06 Количество рециркулирующего сока I сатурации, % (регулируется в зависимости от качества диф. сока) 300-800

Средняя скорость отстаивания, см/мин 2.5-5.0 Коэффициент использования сатурационного газа, % 65-75

Технологические параметры процесса дефекации перед II сатурацией. Температура, о С 90-96 Длительность, мин 2-5 Щ по метилоранжу, % СаО 0.2-0.6

Расход извести, % от общего 10-25

- для порченной свеклы 30

Технологические параметры процесс а II сатурации. Длительность, мин 10 pH2o, ед. 9.2-9.7 Содержание СО2, % 28-35 Цветность, усл. ед. не более 18 Содержание солей Са, % СаО 0.03-0.10 Доброкачественность, % 88-92

Технологические параметры процесса сульфитации. pH2o сока 8.9-9.2 pH2o сиропа 8.0-8.5 pH2o клеровки перед сульфитацией не ниже 7.2 Содержание свободных сульфитов в соке и сиропе, % SO2 к массе продукта 0.002-0.003

Таблица 1 - расшифровку обозначений приборов используемых в схеме

Код прибора на схеме	Расшифровка
LE	Емкостной уровнемер
M	Электродвигатель
FE	Прибор для измерения расхода
LIRC	Прибор для измерения уровня жидкости регистрирующий и регулирующий.
LE	Прибор для измерения уровня
PI	Прибор для измерения давления (разрежения) показывающий
TE	Прибор для измерения температуры показывающий
QE	Прибор для измерения качества продукта
EE	Прибор для измерения любой электрической величины показывающий, установленный по месту

Рассмотрим схему автоматизации ротационного диффузионного аппарата А1-ПДС-20.

Автоматическое регулирование удельной нагрузки аппарата осуществляются путем изменения частоты вращения, а следовательно, и производительности одной из свеклорезок. Величина удельной нагрузки аппарата характеризуется МОКом электродвигателей хвостовых половин транспортирующих шнеков. Токи электродвигателей измеряются с помощью калиброванных пунктов 2б и 2в типа 75 ШС автоматическими секциями, которые с достаточной для практики точностью можно представить как объекты с сосредоточенными параметрами. К каждой из секций подводится греющий пар. Температуру сокоструйной смеси регулируют обособленно в каждой из первых пяти секций путем воздействия на расход греющего пара.

Датчиками температуры служат медные термометры сопротивления 8а, 9а, 10а, 11а и 12а типа ТСМ-50Н. Вторичные приборы - автоматические мосты 8б, 9б, 10б, 11б и 12б типа КСМ-3 воспринимают сигнал об изменении температуры в соответствующих секциях аппарата и преобразуют их с помощью встроенных пневматических пропорционально-интегральных регулирующих блоков. Под действием выходных сигналов регулирующих блоков клапаны 8д, 9д, 10д, 11д и 12д типа 25430 НЖ изменяют расход пара, подводимого соответственно к пятой, четвертой, третьей, второй и первой секциям. Позициометры 8г, 9г, 10г, 11г и 12г типа ПР10-100 увеличивают быстродействие и определяют статические характеристики регулирующих клапанов.

Необходимая продолжительность контакта свекольной стружки с соком достигается путем автоматической стабилизации уровня сока в головной части наклонного диффузионного аппарата. Уровень измеряется пьезометрическим способом с помощью дифемонометра 7е типа ДС-П. Пневматический сигнал, характеризующий уровень сока, поступает от датчика 7е на вторичный прибор 7з типа ПВ10.1Э и статический регулирующий блок 7и типа ПР 2.8. Применение пропорционального закона регулирования обусловлено динамическими свойствами объекта, который по каналу «расход сока-уровень» является интегрирующим звеном. Регулирующее воздействие-изменение расхода диффузионного сока, отбираемого из аппарата, вводится с помощью регулирующего клапана 7я типа 25ч30НЖ, установленного на трубопроводе откачки диффузионного сока.

Выбор шкалы измерения. Автоматические устройства контроля при правильном выборе обеспечивают быстрые и точные измерения технологических параметров.

Счетчики. Это приборы, предназначенные для количественного отделения массы или объема вещества, прошедшего через счетчик. По принципу действия они делятся на объемные и скоростные. В молочно промышленности наибольшее распространение получили объемные счетчики, принцип действия которых на том, что измеряемое количество молока, заполняя некоторый объем (измерительную камеру), вытесняется вращающимся рабочим органом (шестернями), соединенным со счетным механизмом. В зависимости, характеризующую работу объемных счетчиков описывается уравнением

V=nV.

В корпусе счетчика (рис.1) установлены две овальные шестерни, вращающиеся под давлением жидкости, поступающей во входную часть камеры. При повороте шестерни отмеренный в сердцеобразном пространстве объем молока вытесняется из камеры. За один полный оборотовальных шестерен через счетчик вытесняется четыре объема жидкости, равных объему серпообразного пространства.

Одна из шестерен соединена со счетным механизмом, а так как частота вращения шестерен зависит от количества протекающей жидкости, то счетное устройство регистрирует измеренное количество.

Расходомеры. Приборы для определения расхода, т.е. измеряющие количество вещества, протекающего через данное сечение трубопровода за известный интервал времени, называющийся расходомерами. С их помощью измеряемый массовый (кг/с) или объемный расход (м3/с) жидкости или газа. По принципу действия различают расходомеры переменного перепада давления и постоянного перепада давления.

Расходомеры переменного перепада давления. Принцип действия расходомеров основан на том, что если в трубопроводе, по которому протекает вещество, устанавливают устройство, создающее местное сужение потока, то вследствие перехода части потенциальной энергии давление в кинетическую среднюю скорость потока в суженном сечении повышается, в результате чего статическое давление в этом сечении становится меньше статического давления перед сужающим устройством.

Разность давлений (перепад давления) тем больше чем больше расход вещества. Следовательно, перепад давления может служить мерой расхода вещества.

В измерительной техники в качестве служащих устройств используют диафрагмы и сопла. Наиболее широкое применение нашла стандартная диафрагма, представляющая собой тонкий диск с отверстием круглого сечения (рис.2)

При протекании жидкости по трубопроводу сужение потока начинается по диафрагме, а на некотором расстоянии после нее действием сил инерции сечение потока становится минимальным. Далее поток постепенно расширяется до полного сечения трубопровода. Перед диафрагмой и после нее образуются зоны завихрения, на которые затрачивается часть энергии вследствие чего наблюдается потеря давления.

Наибольшее распространение в отрасли получила стандартная диафрагма.

Стандартная диафрагма может применятся для измерения расхода в трубопроводах диаметром более 50 мм при условии, что относительная площадь сужающего устройства лежит в интервале 0,05<=m<=0,7.

Сужающие устройства применяют в комплекте с дифференциальными манометрами. Их соединяют с помощью двух трубок, внутренние диаметры которых составляет не менее 8мм. Внутренний диаметр трубок, соединяющих кольцевые камеры или отдельные отверстия сужающего устройства с уравнительными или разделительными сосудами; должен быть не менее 12 мм.

Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры). Принцип действия ротаметров лежит вертикальное перемещение чувствительного элемента (поплавка) под действием потока среды (рис.4). В этих приборах в следствии изменения проходного сечения (расстояние между поплавком и внутренней стенкой конической трубки) разность давлений на поплавок (перепад давлений) в момент равновесия остается величиной постоянной. Таким образом, положение поплавка относительно шкалы ротаметра является мерой расхода. При вертикальном перемещении поплавка момент равновесия наступает тогда, когда силы, действующие на поплавок сверху вниз и снизу вверх, уравновешиваются, т.е. когда положение у поплавка соответствует определенная величина расхода.

Fm + Fпв = Fпи +Fтр,

После выражения сил, действующих на поплавок, через физические параметры поплавка и среды, а также геометрические размеры поплавка и площадь сечения струя уравнения объемного расхода жидкости при определенном положении поплавка имеет вид:



Qo = aSk v 2gVn(Pn-P)PSn

где Qо - объемный расход измеряемой среды, м3/с;

a - коэффициент расхода;

Sk - площадь сечения струи, образованного телом поплавка и внутренней стенкой конической трубки, м3;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

Pn - плотность материала, из которого изготовлен поплавок, кг/м3;

Vn - объем поплавка, м3;

Р-плотность измеряемой среды, кг,м3;

Sn - площадь сечения верхней части поплавка, м2.

Коэффициент расхода a зависит от конусности трубки, неравномерности в распределении скоростей в кольцевом сечении, потерь на местные сопротивления внутри прибора, геометрической формы и размеров поплавка и прочее.

Ротаметры изготавливают со стеклянными и металлическими трубками, последние снабжаются измерительными преобразователями сигналов и работают в комплекте с измерительными приборами.

Наибольшее распространение получили ротаметры для местного измерения расхода жидкости. Это стеклянная коническая трубка, зажатая между патрубками с фланцами. Патрубки соединены посредством стоек арматуры (тягами), которые являются ребрами жесткости. Внутри трубки имеется поплавок, перемещающейся под действием жидкости или газа потока. Поплавок плавно перемещается за счет вращательного движения и устанавливается в середине потока. Внутри нижнего патрубка имеется седло, на которое опускается поплавок при отсутствии расхода. Верхний патрубок имеет ограниченность хода. Шкала ротаметра наносится непосредственно на стеклянную трубку. Указателем расхода у таких ротаметров служит верхнее горизонтальная плоскость поплавка. В технологических схемах пищевых производств широко используются трубопроводы, по которым подаются жидкости, газы, проводы и сборники. Трубопроводы и сборники являются весьма распространенными объектами регулирования при автоматизации пищевых производств. приведена АСР расход газа, жидкости или пара. Объектом регулирования здесь является участок трубопровода между датчиком расхода 1а и регулирующим клапаном. Инерционность этого объекта очень мала, и его с точки зрения автоматизации можно считать усилительным звеном.

В целом динамическая характеристика будет определятся только динамическими свойствами датчика расхода и регулирующего органа. Возмущающим воздействием является интенсивность потока.

В АСР сигнал от датчика расхода 1а поступает на показывающий самопишущий регулятор. Регулирующее воздействие через панель дистанционного управления 1в изменяется посредством мембрального исполнительного механизма 1г положение регулирующего клапана. Байпасная панель 1в позволяет переходить с автоматического управления на ручное и обратно. Применение пропорционально - интегрально закона регулирования обеспечивает астатический процесс регулирования, т.е. процесс без остаточного отклонения

Объектом регулирования является ленточный транспортер массоизмерительного датчика, движущегося с заданной скоростью. На транспортере в каждый момент времени должно находится заданное количество продуктов. Динамическая характеристика объекта регулирующего органа в бункере продукта - показания массоизмерительного датчика и описывается в общем случае интегрирующем звеном с чистым запаздыванием. Возмущающим воздействием является изменение расхода продукта, поступающего на ленту из бункера. В соответствии со схемой регулирования массоизмерительный датчик 1а ленточного транспортера передает сигнал на показывающий и самопишущий регулятор 1б. Регулирующие воздействие через байпасную панель дистанционного управления 1в передается на исполнительный механизм 1г, который изменяет степень открытия регулирующего органа подачи продукта из бункера на транспортер. Изобарный закон регулирования обеспечивает устойчивое регулирование объекта без статической ошибки. При реализации многих технологических процессов пищевых производств является соотношение расходов материалов или продуктов. При этом характеристики объектов регулирования аналогичны рассмотренным ранее объектам регулирования расходов. Однако схема реализации АСР изменяется.

-- DOS, 32-разрядное расширение (защитный режим) с встроенным диспетчером задач РВ (сетевая версия) - применяются в контроллере, станциях оператора, СИ, СА, СЛ;

-- QNX или DOS -- применяется в контроллере;

-- Windows NT -- применяется во всей системе, кроме контроллера.

Возможно одновременное использование во всей системе нескольких ОС. Конкретный выбор ОС осуществляется с учетом быстродействия, надежности, стоимостных и других характеристик.

Фирменное ПО - пакет программ «КРУГ-2000». В состав этого пакета программ входят следующие программные средства из набора типового SCADA-пакета:

-- СРВ контроллера, станции оператора, СЛ, СИ и СА - обеспечивают выполнение всех функций системы в режиме РВ (исполняемые модули);

-- генератор БД - предназначен для конфигурации и настройки БД;

-- графический редактор - обеспечивает изображение статических элементов схем: линии, круга, эллипса, прямоугольника, спецсимволов, текста и др.;

-- редактор динамики - используется для отображения динамически изменяющихся элементов мнемосхем;

-- генератор печатных документов - предназначен для печати отчетных документов в произвольной форме;

-- технологический (пользовательский) язык - обеспечивает реализацию задач пользователя в РМВ;

-- верификатор БД - используется для проверки БД на противоречивость после генерации системы и правильности внесения изменений.

ПТК и его компоненты сертифицированы.

Выбор регулятора. Необходимость регулирования расхода возникает при автоматизации практически любого непрерывного процесса. АСР расхода, предназначенные для стабилизации возмущений по материальным потокам, являются неотъемлемой частью разомкнутых систем автоматизации технологических процессов. Часто АСР используют как внутренние контуры в каскадных системах регулирования других параметров. Для обеспечения заданного состава смеси или для поддержания материального и теплового балансов в аппарате применяют системы регулирования соотношения расходов нескольких веществ в одноконтурных или каскадных АСР

Для регулирования расхода используем регулятор расхода жидкости РРЖ(М) 65-210 . Данный регулятор предназначен для регулирования потока жидкости. Предназначен преимущественно для нефтяного производства и также имеется автоматизированный режим регулирования процессом



Характеристики данного регулятора

Рабочее давление, кгс/смІ	160, 210, 320
Установочное положение	любое
Управление регулятором	ручное, автоматизированное
Рабочая среда	вода, солёная вода, нефтепродукты, пар, газ
Циклов срабатывания: с ручным управлением - с автоматическим	до 10000 до 300000

Для регулирования температуры будем использовать регулятор температуры дистанционный РТС-ДО(ДЗ).

Регулятор температуры прямого действия типа РТС-ДО(ДЗ), предназначен для автоматического поддержания температуры регулируемой среды путём изменения расхода пара, жидких и газообразных сред

Диапазоны настройки регулируемой температуры, °С	0-100; 100-200
Температура регулируемой среды, °С	от 0 до + 225
Условная пропускная способность, Kv, М3/Ч	2,5; 4; 6,3; 10; 16,0; 25,0; 40,0; 63,0; 100; 160; 250
Условное давление, МПа	1,6; 1,0

Поддержание постоянного уровня жидкости в емкости является не менее важным параметром регулирования в узле изомеризации пентана в изопентан. В качестве регулятора будем использовать регулятор уровня жидкости

Данный контроллер используется для регулирования уровня жидкости в насосных резервуарах, сепараторах, промежуточных охладителях, экономайзерах, конденсаторах, ресиверах. Принцип работы заключается в следующем: датчик сигнала постоянно регистрирует уровень хладагента в резервуаре. Контроллер получает этот сигнал и затем открывает и закрывает вентиль, так что уровень хладагента всегда поддерживается в заданных границах. Технические характеристики данного регулятора приведены в таблице 10.

Таблица 10

Напряжение питания	24 В переменного тока Ѓ}15 %, 50/60 Гц, 60 ВЃEА (напряжение питания гальванически отделено от входных и выходных сигналов).
Потребляемая мощность	Контроллер -- 5 ВЃEА 20 Вт катушка для AKV -- 55 ВЃEА
Окружающая температура	От ?10° до +55°С во время работы От ?40° до +70°С во время транспортировки
Передача данных	Можно подсоединить модуль передачи данных
Дисплей	Светодиоды, 3 цифры



Вязкость является одним из параметров, определяющих состав и качество продуктов во многих технологических процессах пищевых производств. В качестве регулятора вязкости будем использовать преобразователь сигналов Solartron серии 795X .

Рисунок - Преобразователь сигналов Solartron серии 795X

Данный преобразователь является дополнением к уже выбранному вискозиметру. Он позволяет создавать гибкие измерительные системы, отличающиеся высокой точностью, простотой использования и лёгкостью стыковки с системой управления. Был разработан для исключительно жестких режимов, являющихся нормой в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Основные характеристики:

1) Высокая надёжность

2) Максимальная гибкость

3) Взаимозаменяемые платформы

4) Оптимизированный пользовательский интерфейс

Клавиатура, управляющая простым меню, обеспечивает полный доступ к конфигурированию и переменным из базы данных.

Выбор устройств автоматического управления. Подготовка любого производства состоит из научного, организационного, конструкторского и технологического этапов.

Технологическая подготовка включает комплекс работ, обеспечивающих наиболее эффективное применение новых, высокопроизводительных технологических процессов (ТП) с использованием передовых достижений науки и техники на базе максимальной механизации и автоматизации.

Под технологической подготовкой производства (ТПП) в общем случае понимается комплекс работ по обеспечению технологичности конструкции запускаемого в производство изделия, проектированию технологических процессов и средств технологического обеспечения, расчету технически обоснованных материальных и трудовых нормативов, необходимого количества технологического оборудования и производственных площадей, внедрению технологических процессов и управлению ими в производствах, обеспечивающих возможность выпуска нового изделия в заданных объемах.

Целью технологической подготовки является достижение в процессе изготовления продукции оптимального отношения между затратами и получаемыми результатами.

Одним из важнейших элементов ТПП является отработка на технологичность конструкций деталей, узлов, машин и механизмов.

Технологичной является такая конструкция, которая не только полностью удовлетворяет эксплуатационным требованиям, но и обеспечивает применение высокопроизводительных методов изготовления изделий, рациональное использование оборудования и материалов, преемственность и повторяемость деталей и сборочных единиц.

Процесс ТПП состоит из эвристических и формализованных методов. Эвристические методы базируются на различных идеях, интуитивном мышлении, способности к изобретательству. Эти методы реализуются высококвалифицированными инженерами. Формализованные методы, которые основываются на физико-математических закономерностях, широко используются при автоматизации.



3. Выбор оборудования регулирования и управления для автоматизации технологического процесса

Схемой управления предусмотрен контроль расходов экстрагирующих жидкостей и диффузионного сока индукционными расходомерами, в комплект которых входят датчики (3-1, 4-1, 14-Г), АЦП (ADAM-5017) с выходом на печатающее устройство АЦПУ и монитор (3-2, 4-2, 14-2) ПТК и АРМ технолога. Расход свекловичной стружки измеряется ленточными весами с встроенным в них дифференциально-трансформаторным датчиком (/-/) и АЦП (ADAM-5017), функционирующим в комплекте с монитором и печатающим устройством АЦПУ (1-2) ПТК и АРМ технолога. Измерение рН сокостружечной смеси осуществляется измерительным комплектом, состоящим из чувствительного элемента (13-1), высокоомного преобразователя (13-2), АЦП (ADAM-5017) с выходом на печатающее устройство АЦПУ и монитор(13-3) ПТК, АРМ технолога и лаборатории.

1 ОПИСАНИЕ И РАБОТА КОНТРОЛЛЕРА ТРАССА-500

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1 Назначение и область применения

1.1.1 Основное назначение контроллера

Основное назначение контроллера - построение эффективных систем автоматизации территориально рассредоточенных, протяженных или небольших объектов.

Контроллер предназначен для решения следующих типовых задач автоматизации:

- сбор информации с датчиков различных типов и ее первичная обработка;

- выдача управляющих воздействий на исполнительные органы различных типов;

- регулирование прямых и косвенных параметров по различным законам;

- логическое, программно-логическое управление технологическими агрегатами, автоматический пуск и останов технологического оборудования;

- математическая обработка информации по различным алгоритмам;

- регистрация и архивация технологических параметров;

- обмен данными с другими контроллерами в рамках контроллерной управляющей сети реального времени;

- аварийная, предупредительная и рабочая сигнализация, индикация значений прямых и косвенных параметров;

- обслуживание устройств верхнего уровня, прием и исполнение их команд; выдача значений - параметров и различных сообщений на панель оператора;

- обслуживание технического персонала при наладке, программировании, ремонте, проверке Технического состояния контроллера;

- самоконтроль и диагностика всех устройств контроллера в непрерывном и периодическом режимах, вывод информации о техническом состоянии контроллера обслуживающему персоналу.

Управление объектом осуществляется с помощью ТПП, созданной пользователем на технологических языках программирования системы ISaGRAF.

Контроллер является проектно-компонуемым и программируемым изделием. Его состав и ряд параметров определяются потребителем и указываются в заказе.

Контроллер имеет сертификат типа средства измерений и может выполнять учет материальных и энергетических потоков (электроэнергия, тепло) на различных участках производства

Основные свойства и функциональные возможности

Интеллектуальная система ввода-вывода

Все блоки ввода-вывода контроллера имеют встроенный микропроцессор, выполняющий независимо и асинхронно по отношению к блоку центрального процессора БЦП (далее - БЦП), БЦП2 (далее - БЦП2) различные функции ввода-вывода, аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования, предварительной обработки сигналов (фильтрация, линеаризация и т.п.), а также непрерывную диагностику (короткое замыкание, обрыв) входных аналоговых каналов, установку выходов в заданное состояние в аварийных ситуациях, устранение дребезга входных дискретных сигналов и другие функции, задаваемые программно.

Динамические качества

Высокие динамические качества контроллера обеспечиваются следующими средствами:

высокой производительностью БЦП (БЦП2), цикл обслуживания одного блока ввода-вывода не более 20 мс;

- параллельным выполнением функций: ввода-вывода сигналов и их предварительной обработки блоками; обмена данными с БЦП (БЦП2)по нескольким (до четырех) полевым шинам; автономным выполнением собственной ТПП блоком Т-МК1 с меньшим, по сравнению с циклом БЦП (БЦП2), временем цикла;

- специальной организацией вычислительного процесса, обеспечивающей минимальное время инициализации контроллера при его рестарте (перезапуске) для безударности его переключений по различным причинам (просечки питания, переход на резерв и т.п.).

Время восстановления выходов контроллера (удар по объекту) составляет до 100 мс, время восстановления функционирования контроллера (нечувствительность объекта) - до 300 мс. Для блоков Т-МК1 время рестарта составляет всего 64 мс

2 Общие технические характеристики

Параметры питания:

Электрическое питание контроллера определяется по заказу и осуществляется по одному из вариантов:

- от сети переменного однофазного тока с напряжением от 90 до 264 В, частотой 50 Гц и коэффициентом высших гармоник до 5 %;

- от внешнего нестабилизированного источника постоянного тока напряжением от 18 до 36 В (24 В).

Максимальная мощность, потребляемая устройствами контроллера, указана в таблице

Наименование	Максимальная потребляемая мощность, Вт, не более, по цепи
	5 В	24 В	220 В
Блок центрального процессора БЦП	10,0
Блок центрального процессора БЦП2		15,0
Блок питания ЯЛБИ.426449.097			60,0
Модули питания АС220/5-15, АС220/5Я-15			20,0
Модуль питания DС24/5-15, DС24/5R-15		20,0
Блок переключения БПР-10		1,2
Панель оператора		3,5
Блок T-MK1		3,0
Блок T-ADI01		2,5
Блок T-DIO1		2,0

4. Разработка схемы автоматизации технологического процесса

Автоматизация производства, т.е. разработка промышленного программного обеспечения и микроконтроллерных систем управления - одно из основных направлений деятельности компании, которым она занимается с момента своего основания в 2001 году.

Разработка промышленного программного обеспечения (ПО)необходима в ситуациях, когда для эффективной работы предприятию не хватает существующего оборудования, и требуются дополнительные устройства и нестандартная аппаратура. В нашем случае эти устройства собираются из стандартных элементов, но их конфигурация выстраивается индивидуально под запросы заказчика. В сложных случаях создаётся микроконтроллерная система, которая будет осуществлять управление объектом по заданному алгоритму, и разрабатывается ПО, обеспечивающее механизм управления и отображения данных на экране компьютера или на экране специализированных средств отображения.

Микроконтроллер в качестве альтернативы обычному компьютеру применяется там, где необходимы небольшие габариты оборудования, высокая скорость, стабильность и надёжность работы.

Например, микроконтроллерное управление позволяет выводить механическое оборудование на максимум возможной производительности при сохранении надёжности его работы. Система может обрабатывать сигналы с большого количества датчиков, которые отслеживают работу каждого критичного узла, и поддерживать требуемые режимы исполнительных устройств.

Эта услуга может быть полезна промышленным предприятиям, производительность и экономичность которых зависит от ресурсосберегающих или иных технических возможностей оборудования: автоматизированным дробилкам по изготовлению щебня, котельным, водонасосным станциям и пр.

Разработка начинается с исследования объекта и его функций, определения необходимых датчиков и подбора исполнительных устройств. Далее на основе запроса клиента создаётся микроконтроллерная система, которая будет осуществлять управление по запрограммированному сценарию, передавать информацию на IBM, накапливать архивы. При необходимости может быть сделано автономное устройство.

Промышленное программное обеспечение - это то программное обеспечение, которое находится в микроконтроллере и обеспечивает алгоритм управления, регистрации и отображения информации. Программное обеспечение также может быть написано и на PC для более удобного представления накопленной информации, чем это возможно в рамках микроконтроллерных средств отображения. Такая программа может собирать информацию с нескольких контроллеров, накапливать архивную информацию и предъявлять её в более удобном виде. Также она обеспечивает автономность работы - если компьютер зависнет, микроконтроллеры продолжат выполнять свои задачи.

Канал передачи информации может быть любым (Интернет, локальная сеть, модем, прямое проводное соединение, ИК порт, Wi-Fi, USB, Bluetooth). Для управления и отображения информации используются промышленные кнопочные и сенсорные панели. Доступ к микроконтроллерам может быть осуществлён и через web-ориентированное программное обеспечение.

Возможна дизайнерская проработка интерфейса.

Разработка промышленного программного обеспечения - сугубо специализированный процесс. Стоимость зависит от решаемой задачи и серийности устройств

Описание схемы автоматического контроля и управления Система автоматизации приготовления диффузионного сока

Объект управления включает: наклонный диффузионный аппарат (7); транспортер (2); свеклорезку (J); асинхронный электродвигатель (4).

Максимальный период опроса датчиков на контроллере: дискретный вход -- 100 мкс, аналоговый вход - 1 мс; максимальное время реакции на аварийные сигналы при обработке в цепях аварийной зашиты на уровне контроллера -- 20 + 80 мс, при передаче к пультам оператора -- 200 мс; цикл смены данных на пульте операторов при наличии до 200 динамических элементов в кадре - 0,15 -г- 1,0 с; цикл смены кадров - 0,2 ч- 1,5 с; минимальное время реакции на команду оператора - 0,2 с; время полного перезапуска системы после отключения питания - 30 с, контроллеров после отключения питания - 20 с.

Время наработки на отказ контроллера -- 75 000 ч (в дублированном исполнении - 150 000 ч). Контроллеры TREI-5B обеспечивают ввод, обработку и вывод всех сигналов объекта управления.

Информационная мощность серии контроллеров TREI-5B составляет 30 + 30 000 входов/выходов. Использовано аналоговых входов/выходов - 18/18; дискретных входов/выходов -- 9/9. Имеется достаточный резерв.

Измельченная в виде стружки свекла подается транспортером II в головную часть аппарата I, экстрагирующая жидкость (жомопрессовая и сульфитированная вода) - в хвостовую часть аппарата. Стружка, заполняющая все внутреннее пространство аппарата, перемещается от головной его части к хвостовой двумя парами шнеков, вращающихся независимо один от другого. В процессе транспортирования свекловичная стружка обессахаривается, превращаясь в жом, а вода, движущаяся в противотоке со стружкой, обогащается сахаром и превращается в диффузионный сок. Жом выгружается из аппарата ленточными шнеками. Вода, полученная при отжиме жома, очищается и возвращается в диффузионный аппарат в целях снижения потерь сахара. Сульфитированная вода подается в аппарат после обработки в сульфитаторе сернистым газом до придания ей слабокислой реакции (рН около 6). Полученный диффузионный сок отделяется от стружки на лобовом сите и откачивается насосом IV на дальнейшую переработку. Для улучшения диффузии сахара из стружки в раствор аппарат снабжен секционной паровой рубашкой.

Эффективность работы диффузионного отделения определяется его производительностью, содержанием сахара в диффузионном соке и потерями сахара в жоме. На экстракцию сахара влияют многие факторы: температурные режимы по зонам аппарата, качество свекловичной стружки, время диффундирования, рН среды в аппарате, соотношение расходов стружки и воды и др.

При проектировании системы управления диффузионным отделением учитывают свойства объекта управления (диффузионного аппарата), определяющие специфику построения отдельных контуров регулирования. Диффузионный аппарат является объектом с распределенными параметрами, так как температурные режимы сокостружечной смеси" и содержание в ней сахара неодинаковы по зонам аппарата. Объект управления обладает значительными инерционными свойствами как по каналу стабилизации температурного режима сокостружечной смеси, так и по каналу регулирования концентрации диффузионного сока.

С учетом свойств объекта управления типовая система управления предусматривает: стабилизацию удельной нагрузки аппарата; стабилизацию концентрации диффузионного сока; стабилизацию температурных режимов по зонам диффузионного аппарата; измерение расходов стружки, экстрагирующих жидкостей диффузионного сока; стабилизацию уровня в головной части аппарата; измерение рН сокостружечной смеси.

Удельная нагрузка на диффузионный аппарат равна массе стружки, приходящейся на единицу объема корпуса, и определяет производительность отделения. Удельную нагрузку оценивают по величине тока, потребляемого электродвигателями приводов транспортирующих шнеков, и регулируют изменением производительности свеклорезки III. Время чистого запаздывания по этому каналу регулирования достигает 20 мин, а постоянная времени составляет 30 мин, поэтому АСР построена по двухконтурной схеме с использованием основной информации -- от привода хвостовых шнеков и дополнительной -- от привода головных шнеков.