Автоматизация процесса производства безалкогольных напитков

  Содержание

  

    стр.

Введение…………………………………………………………..…………...........3

1 Анализ  существующей СУ…………………………………………......…......5

1.1 Описание технологического процесса……………………………………...6

1.2 Постановка задачи...........................................................................................8

2 Синтез АСУТП производства безалкогольных напитков..................................9

2.1 Структура  АСУТП…................................………………………………….10

2.2 Выбор  датчиков...........................................................……………………...13

2.3 Выбор  исполнительных механизмов.....................………………………...16

2.4 Выбор  контроллера..................……………………………………………...16

2.5 Выбор  SCADA - системы…............…………………….…………………..18

3 Синтез САР температуры колера.........................................................................21

    3.1  Выбор принципа регулирования..................................................................22

3.2 Построение  математической  модели  ТОУ................................................23

3.3 Построение переходной функции объекта управления...............................24

3.4 Выбор  закона регулирования.........................................................................27

3.5 Расчет  оптимальных настроечных параметров............................................27

3.6 Оценка  устойчивости разомкнутой САР с ПИ-регулятором......................28

3.7 Оценка  устойчивости разомкнутой САР с ПИД-регулятором...................30

3.8 Расчет показателей качества замкнутой САР с ПИ-регулятором..............32

3.9 Расчет показателей качества замкнутой САР с ПИД-регулятором............33

Заключение…………………………………………………………..........………..35

Список  используемых источников……………………………….....…….............36 
 
 

Введение

     

    Автоматизация производства – это такой процесс  его развития, при котором функции  управления и контроля, ранее выполнявшиеся  человеком, передаются техническим  средствам.

    Общими  задачами автоматизации производства являются повышение эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создание условий для оптимального использования ресурсов производства, улучшение условий труда, охрана природы и окружающей среды.

    Проводимое  в отраслях промышленности техническое  перевооружение, направленное на увеличение производственных мощностей, экономию материальных и трудовых ресурсов, повышение качества продукции за счет совершенствования технологического оборудования, автоматизации технологических процессов, создание автоматизированных агрегатов, участков, цехов, определяет новые задачи и цели в области создания автоматизированных систем управления (АСУ). Основная цель создания АСУ  - значительное повышение эффективности производства. Это достигается в результате комплексной автоматизации производства и управления, процессов проектирования с широким использованием современных средств вычислительной техники.

      При этом субъективные визуальные  методы технохимического и микро-  биологического контроля заменяют скоростными объективными методами для анализа и непосредственного автоматического управления технологическими процессами.

      Переход к созданию АСУ на  уровне цеха и производство  с использованием вычислительной  техники для управления технологическими  процессами стал возможен благодаря  повышению общего уровня автоматизации  пищевых производств и внедрению экономически эффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП). В области автоматизации технологических процессов дальнейшие перспективы связаны с созданием на базе использования управляющих вычислительных комплексов (УВК) головных образцов АСУТП.

      В перспективе при создании  безотходных технологических процессов  химических производств, работающих по замкнутому непрерывному циклу, появится возможность создания технических процессов-автоматов с централизацией контроля и управления цехом на центральном диспетчерском пункте, оснащенном вычислительной техникой. 

    

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Анализ существующей  системы 

               управления

 
 

   1.1 Описание технологического процесса  

     Характеристика  продукции, сырья и полуфабрикатов.

     Безалкогольные  фруктовые воды представлены двумя  группами напитков: общего назначения (водные растворы купажных смесей сахарного сиропа, фруктово-ягодных соков и морсов, натуральных экстрактов, пищевых кислот и красителей) и больных диабетом (сахароза заменена ксилитом, сорбитом или сахарином).

     Стадии  технологического процесса. Приготовление  газированных безалкогольных напитков состоит из следующих стадий:

 -  кондиционирование воды:

 - приготовление сахарного и инвертного сиропов;

 - получение колера;

 - приготовление купажных сиропов;

 - фильтрация и охлаждение купажных сиропов;

 - фасование и хранение безалкогольных напитков.

     

 

     Рисунок 1 - Машинно-аппаратурная схема линии  производства безалкоголь -

     ных напитков       

     Характеристика  комплексов оборудования. Линия начинается с комплекса оборудования для обработки воды (дефферезаторы, песочные и керамические фильтры, бактерицидные установки и ультрафильтрационные аппараты). Следующим идет комплекс оборудования для приготовления сахарного и купажного сиропов, состоящий из системы сироповарочных аппаратов, насосов, теплообменников, сироповарочной станции и колероварочного аппарата.

     Далее следует комплекс оборудования для  приготовления купажных сиропов, состоящий из купажных аппаратов, фильтр-прессов и теплообменников.

     Завершающим является комплекс оборудования  для  фасования.

     Машинно-аппаратурная схема линии производства безалкогольных напитков представлена на рисунке 1.

     Устройство  и принцип действия линии. Вода, являющаяся основным компонентом  напитка, сначала фильтруется в песочном фильтре 9 грубой очистки. Тонкая обеспложивающая фильтрация воды осуществляется в керамическом свечном фильтре 8.

     Для тонкой очистки воды используют фильтр-пресс  7, также работающий под давлением. Осветленная вода насосом 6 подается в катионитовый фильтр 5 для умягчения. Регенерация фильтров осуществляется с помощью солерастворителя 3 путем изменения тока воды. Умягченная вода подвергается обеззараживанию ультрафиолетовыми лучами в бактерицидной установке 4. Насосом 1 вода подается в холодильник 2, где охлаждается до температуры 4...7 °С и направляется в производство.

     Сахар по мере надобности очищают от посторонних  примесей, взвешивают и загружают в сироповарочный аппарат 12. Туда же наливают воду в количестве 40 % к массе сахара, подают исправимый брак из цеха и кипятят в течение 20...25 мин.

     Готовый сахарный сироп насосом 13 подают на охлаждение в теплообменник 14.

     В целях предотвращения кристаллизации сахарозы и придания сахарному сиропу мягкого и приятного вкуса его направляют в сироповарочный аппарат 15 для инверсии. Инвертный сахарный сироп после охлаждения в теплообменнике 17 до 25 ^СС насосом 16 перекачивается в сборник 22.

     

        Соки и настои из сборника 19, отфильтрованные при необходимости  в фильтр-прессе 20, насосом 18 подаются в стальной эмалированный сборник 21. Для растворения лимонной кислоты и эссенции, а также для приготовления разных добавок на предкупажной площадке размешены сборники 24 и 25.

     Колер, используемый для окраски напитков, готовят путем нагревания сахара до 180...200 °С в колеровочном аппарате 10, куда наливают воду в количестве 1 ...3 % к массе сахара. Из колеровочного аппарата 10 колер насосом 11 направляется в сборник 23,

     Купажный  сироп готовится в вертикальных купажных аппаратах 26...28, снабженных мешалками якорного типа. Все компоненты купажа поступают в аппарат самотеком из сборников 21, 23…25, смонтированных на предкупажной площадке. Готовый купажный сироп фильтруется на фильтре 29, охлаждается до температуры 8..10 °С и насосом 30 подается в напорный сборник 31, откуда самотеком подастся: на непрерывно действующую установку для смешивания купажа с водой. 

  1.2 Постановка задачи

     При анализе технологической системы  было установлено, что действующая  АСР морально и технически устарела. Применение в действующей АСР  централизованной системы  управления приводит к неудовлетворительному регулированию качества  безалкогольных  напитков. Также данная АСР устарела из-за использования  морально и технически устаревших технических средств автоматизации.   

    В специальной части данного проекта  будет рассмотрена САР температуры колера в колеровочном. В данном проекте необходимо:

  - выбрать структуру АСУТП;

  - исследовать динамические  и статические характеристики ТОУ;

  - выбрать структуру САР;

  - выбрать закон регулирования (ПИ, ПИД);

  - выполнить расчет настроечных параметров регулятора;

  - исследовать качество регулирования САР.

   
 
 
 
 
 
 

   
 

 

2 Синтез АСУТП производства

              безалкогольных напитков 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   2.1 Структура АСУТП

       Проектируемая система имеет иерархическую 3-х уровневую структуру.

Иерархия  системы следующая (рисунок 2):

                                   Рисунок 2 – Структурная схема  АСУТП

    - нижний уровень – уровень датчиков и исполнительных механизмов;

       - средний уровень – уровень микропроцессорного комплекса ТКМ 52;

       - верхний уровень – уровень оперативного управления.

     К приборам и средствам автоматизации  нижнего уровня относятся все  первичные и вторичные преобразователи, магнитные пускатели и усилители.

      Средний уровень (уровень контроля) представлен  промышленным

контроллером  ТКМ 52.

      Приборы нижнего уровня подсоединяются к  ТКМ 52 по электрическим проводам; сигнал у преобразователей унифицированный.

      Под верхним (SCADA-уровнем) понимается автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора, реализованное на базе персонального компьютера. АРМ выполняет следующие функции:

  - обеспечение круглосуточного обмена информацией с контроллерами;