Разработка структуры САПР

       - правил безопасности в промышленности;

       - правил устройства электроустановок;

       - правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей;

       - правил эксплуатации и безопасного обслуживания средств автоматизации, телемеханизации и вычислительной техники. 
 
 

       2 Описание технологического процесса и оборудования

     Дробление зернопродуктов. Солод и другие необходимы по рецептуре зернопродукты попадают в дробилку. Дробление необходимо для обеспечения и ускорения физических и биохимических процессов при затирании.

     Пригтовление  пивного сусла. Дробленный солод  засыпают в заторный аппарат,, в кторый предварительно наливают подогретую воду. Затирание ведется в соответствии с выбранным способом по специальной технологической инструкции. Затор нагревают с необходимой скоростью с выдерживанием пауз при определенных температурах. Полнота осахаривания определяется по йодной пробе. Затем затор перекачивают на фильтрование в фильтрационный аппарат.

     Процесс фильтрования состоит из 2-х стадий: сначала фильтрование первого сусла, а затем выщелачивание вымываемого  экстракта удерживаемого дробной путем его вымывания водой. Фильтрованное сусло и промывные воды перекачиваются в сусловарочный аппарат и подвергаются кипячению с хмелем. Готовое сусло перекачивают в гидроциклонный аппарат, в котором происходит осветление сусла за счет отделения белкового и хмелевого осадков под гидродинамическим воздействием.

       После выдержки сусла в гидроциклонном  аппарате производится его охлаждение  до установленной температуры  в пластинчатом теплообменнике. Сусло проходит через двухступенчатый теплообменник.

       По выходу из теплообменника  сусло перекачивается в бродильный аппарат. Температура в каждом танке измеряется двумя датчиками температуры, чувствительные элементы которых погружены в бродящее сусло. Их показания передаются в контроллер. На основании этих данных контроллер принимает решение об открытии или закрытии мембранносоленоидного вентиля, подающего гликоль в рубашку охлаждения танка.

       При температуре 10°С брожение ведется 6 суток. Затем температура в танке понижается на 1 °С каждые 4 часа, пока температура не достигнет отметки 4 °С. При этой температуре сусло бродит еще 6 часов, после чего контроллер дает команду на открытие второго мембранносоленоидного вентиля, расположенного в нижней части бродильного танка, и происходит слив продукта для его дальнейшей перекачки в отдельный танк для дображивания.

       3 Выбор комплекса технических средств

 

       При разработке данной автоматизированной системы управления используется программное обеспечение фирмы SIMATIC. Структурно программное обеспечение можно разделить на два уровня:

       - язык высокого уровня;

       - язык создания программ низкого  уровня, на котором программируется  контроллер SIMATIC S7-200, STEP7.

       Техническое обеспечение представляет собой  комплекс технических средств, предназначенных  для обеспечения работы автоматизированной системы управления. Синтез технической структуры должен производиться путем выделения в ней функциональных подсистем и определения способа соединения и состава комплектующих элементов этих подсистем. Выбранный ПЛК должен обеспечивать реализацию основных функций АСУ ТП с необходимыми для системы быстродействием и надежностью.

       Для контроля расхода используются расходометр Метран-370 поз. 1а, 2а. Выбраны потому что их основные характеристики и исполнение полностью удовлетворяют предъявляемым требованиям в данной системе.

       Контроль температуры в бродильном танке осуществляется при помощи датчика температуры с унифицированным выходным сигналом ТСМУ Метран-274 Exia, диапазон измерений температуры которых удовлетворяет диапазону измеряемых величин, поз. 3а, 4а.

       Подача  охлаждающего вещества осуществляется с помощью электромагнитного соленоидного клапана поз. 3в, 4в.

       Слив  сусла производится через клапаны поз. 5б, 6б.

       4 Описание схемы  автоматизации

 

       Схема контролирует температуру в 2х бродильных танках, используя два параметра  – температуру сусла, находящихся в бродильных танках 1 и 2. Температура измеряется с помощью датчиков температуры с унифицированным выходным сигналом ТСМУ Метран-274 Exia поз. 3а, 4а. При наличии высокой температуры в соответствии с законом регулирования контроллер подает сигнал на открытие электромагнитного клапана поз. 3в, 4в и в рубашку охлаждения попадает гликоль, понижая температуру в бродильном танке.

       По  достижении заданной температуры в  бродильном танке котроллер, в соответствии с законом регулирования, подает сигнал на закрытие электромагнитного клапан охлаждения.

       Значение  установки температуры меняется контроллером с течением времени  в соответствии с требованиями технологического процесса. По истечении отведенного на брожение времени контроллер подает сигнал на открытие мембранно-соленоидного вентиля поз. 5в, 6в, расположенного в нижней части бродильного танка и происходит слив сусла для его дальнейшего дображивания в другой емкости. Слив контролируется расходометром поз. 5а, 6а и по завершении процесса электромагнитный клапан слива сусла закрывается контроллером. Так же происходит закрытие мембранно-соленоидного вентиля охлаждения ввиду отсутствия необходимости в охлаждении пустого танка.

       5 Описание принципиальных электрических схем

       5.1 Описание ПЭС  сигнализации

 

       Схема сигнализации оповещает об отклонении от нормы (повышении  или понижении)  температуры в  бродильных танках 1 и 2 с помощью  светового и звукового сигналов.

       Переключатель SA1 служит для выбора режима работы схемы проверки или работы. В положении З – проверка звуковой сигнализации, в положении С – световой. В положении О – проверка сигнализации отключена.

       При включении схемы  сигнализации в сеть загорается лампа  HL3.

       При отклонении давления греющего пара от нормы сигнал обрабатывается контроллером и замыкаются его выходные контакты 3L-0.7, что включает  реле К2 и загорается лампа HL4, звенит сирена НА1.

       При отклонении давления вторичного пара от нормы сигнал обрабатывается контроллером и замыкаются его выходные контакты 3L-1.0, что включает реле К3 и загорается лампа HL5, звенит сирена НА1.

       Диоды исключают  одновременное горение всех ламп при замыкании любого из К1, К2, K3.

       Для снятия звуковой сигнализации нажимается SB1. При этом напряжение через К2(К3) и кнопку SB1 подается на катушку К1. К1 срабатывает и становится своим замыкающим контактом на самоблокировку. Размыкающий К1 прерывает питание сирены.

       5.2 Описание схемы питания

 

       Питание всех приборов и схем осуществляется от одной фазы сети 220 В. Для предотвращения распространения индустриальных помех по питающей сети от промышленного оборудования используем сетевой фильтр ФС-16М. Через него осуществляется питание схемы регулирования и датчиков.

       В схеме предусмотрено глобальное отключение сетевого фильтра вместе со схемой регулирования и датчиками от сети 220 В при потребности их ремонта или замены. Включение/отключение осуществляется при помощи автоматического выключателя SF4, который имеет защиту от перегрузки по току (КЗ). Питание схемы регулирования осуществляется также от 220 В через вышеописанный сетевой фильтр.

       Предусмотрено включение/отключение схемы сигнализации с помощью автоматического выключателя SF3.

       Предусмотрено включение/отключение внутреннего освещения с помощью выключателя SA1. А также предусмотрена защита от КЗ в цепи внутреннего освещения с помощью плавкого предохранителя FU1.

       Сигнальная лампа  HL2 показывает наличие электричества в сети.

       Автоматический выключатель  SF2 служит для включения/отключения резерва питания.

       Автоматический выключатель  SF1 служит для глобального включения/отключения ввода питания и внутреннего освещения. 

       5.3 Описание схемы регулирования

       Схема регулирования включает следующие  контуры:

       - контур открытия/закрытия клапанов  поз. TV3в TV4в по сигналу от датчиков температуры поз. TE 3а TE4а;

       - контур открытия/закрытия клапанов поз. TV5в TV6в в соответствии с показаниями таймеров брожения расходометров на сливе сусла поз. TV5аTV68а.

 
 

       6 Расчет надежности схемы сигнализации 

       Расчет  надежности проектируемой схемы сигнализации сводится к определению вероятности безотказной работы и интенсивности отказа.

             Вероятность безотказной  работы устройства при основном соединении элементов рассчитывается по формуле:

        ,         

       где   – интенсивность отказа изделия;

         – количество элементов  одного типа с одинаковой  ;

         – количество типов элементов.

       Суммарная интенсивность отказов рассчитывается по формуле:

        , 

       Тогда вероятность безотказной работы находится по формуле:

                        .   

       Проектируемая схема состоит из:

       - трех реле                  с   λ=0,25·10^-6      1/ч

       - одного переключателя  кнопочного с   λ=0,07·10^-6     1/ч

       - одной сирены                            с   λ=4·10^-6           1/ч

       - двух диодов     с   λ=0,157·10^-6    1/ч

       - 36 гнезд                с   λ=0,001·10^-6 1/ч

       - 20 соединительных проводов           с   λ=0,015·10^-6     1/ч

       - трех ламп                       с   λ=0,157·10^-6    1/ч

       - девяти контактов             с   λ=0,07·10^-6      1/ч 

       Находим  λ= 6,626∙10^-6 1/ч 

       Среднюю наработку на отказ определим  по формуле:

       

        

 
       

       

 
 

       Тогда P (1000) = exp (-6,626∙10^-6∙1000) = 0,993 

       Вероятность безотказной работы в течение  этого времени составляет 99,3%. На рисунке ниже показана плотность вероятности безотказной работы.                                                                     

               
       

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                Рисунок 6.1 – График зависимости вероятности

        безотказной работы  от времени 

       Следовательно, данная схема по показателям надежности удовлетворяет необходимым требованиям технического задания. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       7  Расчет надежности контура регулирования

 

       Расчет  надежности разработанной системы  управления произведем методом дифференциальных уравнений. Метод основан на допущении о показательных распределениях времени между отказами и восстановлениями. При составлении математической модели примем допущение о том, что невозможен одновременный отказ двух и более элементов и что отказавшие объекты начинают немедленно восстанавливать, отсутствуют ограничения на количество восстановлений, надежность средств контроля идеальна.