Учебное пособие по предмету «Автоматизация технологических процессов» Специальность: 1302000 «Автоматизация и управление» (по профилю)
|
Скачать 3.47 Mb.
|
|
КГКП «ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ» Саметова Г.Т., Чагиева А.А. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ по предмету «Автоматизация технологических процессов» Специальность: 1302000 «Автоматизация и управление» (по профилю) Семей 2014 ПРЕДИСЛОВИЕ Учебное пособие написано в соответствии с типовой программой по предмету «Автоматизация технологических процессов»для обучающихся технического и профессионального образования по специальности 1302000 «Автоматизация и управление» (по профилю). Пищевая промышленность страны призвана обеспечить рост объемов производства, позволяющих удовлетворить первоочередные потребности населения. В связи с этим предстоит решить ряд задач по техническому перевооружению предприятий разных отраслей пищевой промышленности путем оснащения их поточными линиями и оборудованием, обеспечивающими комплексную переработку продукции и сырья. Выполнение этих задач возможно лишь на основе широкого внедрения автоматизации. При изложении материала учтены основные современные тенденции развития и создания автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) и Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), связанные с использованием новейших достижений в области электронной техники и технологии, приборостроения, микропроцессорных систем и микроЭВМ и других перспективных направлений. ВВЕДЕНИЕ Автоматика — отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения средств и систем управления производственными процессами, действующими без непосредственного участия человека. Автоматика является основой автоматизации. Автоматизацией называют этап развития машинного производства, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления производственными процессами и передачей этих функций техническим устройствам. Автоматизация является одной из движущих сил научно-технического прогресса, которая существенно влияет на развитие производства, делая возможным создание новых высокоинтенсивных технологических процессов и побуждая к разработке более совершенного механизированного и автоматизированного технологического оборудования. Под управлением производственным процессом понимают такое воздействие на него, которое обеспечивает оптимальный или заданный режим работы. Управляемый производственный процесс называют объектом управления. Совокупность технических устройств, используемых для управления, и производственного персонала, принимающего в нем непосредственное участие, образует совместно с объектом систему управления. Процесс управления складывается из следующих основных функций, выполняемых системой управления: 1. получения измерительной информации о состоянии производственного процесса как объекта управления; 2. переработки полученной информации и принятия решения о необходимом воздействии на объект для достижения целей управления; 3. реализации принятого решения, т. е. непосредственного воздействия на производственный процесс, например, увеличить или уменьшить подачу сырья на переработку. Технические устройства, которые применяются в системах управления для автоматизации этих функций, называются техническими средствами автоматизации. Средства, предназначенные для получения информации о состоянии объекта управления, называются средствами измерений. В пищевой промышленности чаще всего приходится измерять значения следующих технологических параметров: температуры, давления (разрежения) и уровня рабочих сред в аппаратах и машинах; расходов потоков газообразных, жидких и сыпучих материалов, а также состава и показателей качества сырья, полупродуктов и готового продукта. В зависимости от степени участия человека-оператора в управлении различают следующие системы: ручного дистанционного управления, в которых функции переработки измерительной информации, определения необходимых управляющих воздействий и их реализации (с помощью технических средств дистанционного управления) выполняет человек; автоматизированные, в которых человек выполняет только часть функций системы управления; автоматические, в которых процесс управления протекает без непосредственного участия человека. Среди автоматических систем наиболее распространены автоматические системы регулирования, которые предназначены для поддержания заданных значений технологических параметров, характеризующих состояние производственного процесса как объекта регулирования. С появлением новых технических средств автоматизации в виде управляющих вычислительных машин в практику автоматизации производственных процессов вошел принципиально новый тип систем управления — автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Широкое внедрение автоматизации пищевых производств позволяет повысить эффективность технологических процессов и обеспечить полную сохранность натуральных свойств исходного сырья, поступающего на переработку. РАЗДЕЛ 1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ОБЪЕКТОВ ТЕМА 1.1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ОБЪЕКТОВ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
Для каждой отрасли пищевой промышленности характерны разнообразные производства с индивидуальными технологическими процессами. Они различаются по используемому сырью, способам обработки сырья и материалов, аппаратурному и конструктивному оформлению. Однако с точки зрения технологии и автоматизации в разных процессах имеется много общего. В пищевой промышленности можно выделить следующие типовые ТП: механические — перемещение, дозирование, гранулирование, измельчение, просеивание, смешивание, прессование; гидродинамические — перемещение жидкостей и газов, фильтрование, разделение газовых и жидких неоднородных смесей, перемешивание жидких и пастообразных материалов; тепловые — нагревание, охлаждение, кондиционирование, выпаривание; массообменные — абсорбция и десорбция газов, ректификация, экстракция, сушка, конденсация; химические окисление, восстановление, нейтрализация, дегидратация, сульфитация; микробиологические — приготовление разных питательных сред, брожение, ферментация и др. Большинство пищевых производств представляет собой совокупность различных типовых процессов. Например, диффузионный процесс свеклосахарного производства в качестве основных включает массообменный и тепловой процессы. Процесс приготовления опары, теста в хлебопекарном и макаронном производствах включает типовые механические и микробиологические процессы. Такие примеры можно привести практически для любой отрасли пищевой промышленности. Отсюда следует, что реальные процессы трудно разделить на строго типовые и рассмотреть их автоматизацию по группам. Поэтому целесообразно рассмотреть типовые ТП с точки зрения входящих в них локальных объектов автоматизации. Под последними будем понимать объекты, для которых разрабатываются локальные системы автоматического измерения, контроля, регулирования технологических параметров. Например, диффузионный аппарат как объект автоматизации включает локальные объекты регулирования расходов, уровней, рН среды, производительности. Тепловым процессам также присущи объекты регулирования уровня, температуры, расхода. И в микробиологических процессах, например производстве пивного сусла, имеются встречавшиеся уже ранее локальные объекты регулирования температуры, уровня. Следовательно, типовые ТП представляют собой совокупность локальных объектов автоматизации. Такой подход позволяет разработать для каждого типового объекта одну или несколько типовых схем автоматизации в зависимости от аппаратурной реализации конкретного процесса. Действительно, разные конструкции аппаратов существенно влияют на статические и динамические характеристики объекта, что может привести к разным решениям его автоматизации. Таким образом, при рассмотрении ТП как объекта автоматизации необходимо устанавливать, во-первых, к какому типовому процессу он относится, во-вторых, какова его аппаратурная реализация. В этой связи в данной главе рассматриваются схемы автоматизации отдельных локальных объектов, входящих в состав типовых ТП пищевых производств. Эти схемы могут быть использованы в качестве основы при автоматизации конкретного процесса. Наиболее часто встречаются локальные объекты регулирования температуры, уровня, расхода, давления. Типовые схемы автоматизации таких объектов рассмотрены в п. 6.3 (см. рис. 6.4). 1.1.2. Автоматизация непрерывного дозирования материалов Непрерывное дозирование применяется во многих отраслях пищевой промышленности, например при составлении смесей шоколадной массы в кондитерском производстве, при внесении муки, воды, соли, сахара и других добавок в производстве хлеба. Процессом непрерывного дозирования надо управлять так, чтобы обеспечить требуемое количество каждого компонента в смеси. Непрерывное дозирование производится бункерными и ленточными дозаторами. Бункерные дозаторы применяются для работы с сыпучими материалами и жидкостями, ленточные — обеспечивают более высокую точность дозирования. В общем случае последние представляют собой совокупность питателя и грузоприемного устройства — весового конвейера. Конструкции ленточных дозаторов делятся на одно- и двухагрегатные. В одно-агрегатных дозаторах функции питателя и грузоприемного устройства совмещены, в двухагрегатных — разделены. Производительность дозатора определяется тремя параметрами: нагрузкой весового конвейера W, скоростью движения ленты конвейера v и длиной его грузоприемной части L. Ленточный дозатор представляет собой астатический объект регулирования с запаздыванием. Время запаздывания определяется временем пребывания материала на весовом конвейере τ=L/v. При автоматизации процесса дозирования на двухагрегатных ленточных дозаторах требуемая производительность F может быть достигнута путем регулирования нагрузки на ленте грузоприемной части конвейера: F= W/L. В одноагрегатных дозаторах производится регулирование и нагрузки, и скорости движения ленты весового конвейера. Производительность одноагрегатного ленточного дозатора непрерывного действия (рис. 7.1, а) зависит от скорости дозирования, которая изменяется в соответствии с частотой вращения ротора электродвигателя 1-6. При работе схемы датчик 1-1 частоты вращения привода электродвигателя передает сигнал на блок умножения 1-3. Одновременно на этот же блок поступает сигнал от датчика 2-1 нагрузки на весовом участке конвейера. Блок умножения формирует сигнал, пропорциональный текущей производительности F дозатора. Этот сигнал поступает на ПИ-регулятор 1-4. Регулирующее воздействие с него подается на привод электродвигателя 1-6, который изменяет скорость движения ленты конвейера II, чтобы обеспечить соответствие текущей и заданной производительностей дозатора. На щите размещены показывающие приборы 1-2 и 2-2 для контроля соответственно частоты вращения электродвигателя и нагрузки конвейера, а  Рис. 7.1. Схема автоматизации ленточных дозаторов: а — одноагрегатного; 6 — двухагрегатного также самопишущий прибор 1-5, контролирующий текущую производительность дозатора. Ключом выбора режима SA1 осуществляют переключение режима управления с автоматического на ручной. В двухагрегатном ленточном дозаторе (рис. 7.1, б) количество материала, поступающего из бункера I на грузовой конвейер II, зависит от интенсивности работы питателя III. Сигнал от датчика 1-1 нагрузки конвейера поступает на ПИ-регулятор 1-3. С него регулирующее воздействие подается на электродвигатель постоянного тока 1-4, обеспечивающий изменение производительности питателя до тех пор, пока текущее значение нагрузки не станет равным заданному. Для контроля нагрузки на щите размещен показывающий и самопишущий прибор 1-2. Пуск электродвигателя привода конвейера производится магнитным пускателем, управляемым кнопочной станцией SB1. Работа электродвигателя сигнализируется лампой HL1. 1.1.3. Автоматизация смешивания Для смешивания двух и более потоков жидких или сыпучих компонентов применяются смесители периодического или непрерывного действия. Смесители снабжаются мешалками для ускорения смешивания и обеспечения равномерного состава смеси. Как объект автоматизации смеситель по каналу «расход входного компонента — показатель качества смеси» может рассматриваться как статический объект регулирования с запаздыванием или без него. Наличие запаздывания, а также инерционность процесса смешивания зависят от физических параметров компонентов смеси и эффективности перемешивания. Возмущающие воздействия, вызывающие отклонения качества смеси от требуемого, связаны с изменениями расходов компонентов смеси, а также их свойств. Регулирующими воздействиями являются изменения расхода подаваемых компонентов. Простейшая СА смесителя предусматривает стабилизацию расхода каждого компонента на заданном значении. Если расход одного из компонентов невозможно стабилизировать, то расходы других должны изменяться регулятором соотношения в заданной пропорции по отношению к нему в целях поддержания заданного состава смеси. В схеме на рис. 7.2 расходы компонентов К1 и К2, формирующих заданную смесь, измеряются расходомерами 1-1 и 2-1. На щите размещены вторичные показывающие и самопишущие приборы 1-2, 2-2, результаты измерений с которых подаются на регулятор соотношения 1-3. Через панель дистанционного управления 1-4 (содержит ключи выбора режима и дистанционного управления) регулятор воздействует на исполнительный механизм 1-5 регулирующего клапана ведомого компонента К2 в зависимости от расхода ведущего компонента К1.В случае, когда возможно непрерывное измерение качества смеси, может быть использована двухконтурная АСР с коррекцией по качеству смеси. Качество смеси измеряется анализатором 3-1, контролируется на щите прибором 3-2 и передается на корректирующий регулятор 3-3, который изменяет заданное соотношение расходов на регуляторе 1-3. Схема автоматизации предусматривает также регулирование расхода компонента K1 в зависимости от уровня в смесителе. Уровень измеряется датчиком 4-1 и регулируется регулятором 4-2, который через панель дистанционного управления 4-3 воздействует на исполнительный механизм 4-4 регулирующего клапана компонента K1.  Рис. 7.2. Схема автоматизации процесса смешивания 1.1.4. Автоматизация сушки В пищевой промышленности чаще всего используются сушилки с конвективным подводом тепла (распылительные, с кипящим слоем, барабанные, конвейерные). Наилучшими схемами автоматического регулирования сушки являются такие, когда можно автоматически измерять влагосодержание высушиваемого материала на выходе из аппарата. При этом регулирование корректируется по выходному влагосодержанию материала, что обеспечивает его стабилизацию на заданном уровне.В большинстве случаев невозможно получить информацию о значении выходного влагосодержания материала ввиду отсутствия влагомеров для текущего измерения влажности в потоке материала. Поэтому приходится применять косвенный метод, основанный на функциональной связи влагосодержания материала с важнейшими параметрами сушки: температурой и относительной влажностью сушильного агента. В аппаратах, где сушка длится довольно долго (более 1 ч), начальные параметры высушиваемого материала оказывают на процесс значительно меньшее влияние по сравнению с параметрами сушильного агента. Поэтому считают, что стабилизация параметров сушильного агента обеспечивает стабилизацию влажности материала (при постоянной продолжительности его пребывания в сушилке). Поскольку температура и относительная влажность сушильного агента (воздуха) взаимосвязаны, целесообразно применение АСР температуры воздуха, заданное значение которой изменяется в зависимости от его относительной влажности. В сушильных установках наиболее эффективным регулирующим воздействием является изменение притока тепла. Наряду с ним могут быть использованы изменения интенсивности замены отработанного воздуха свежим, скорости обтекания материала воздухом, скорости перемещения материала в сушильном пространстве. Барабанная сушилка как объект управления характеризуется большими постоянными времени и значительным запаздыванием, определяемым временем прохождения материала через барабан (до 1 ч), поэтому использование температуры теплоносителя и влажности материала на выходе из сушильного барабана в качестве регулируемой величины в ряде случаев не представляется возможным. Регулирование теплового режима сушки в барабанной сушилке (рис. 7.3) осуществляется двумя АСР. Первая АСР предназначена для поддержания на заданном уровне температуры теплоносителя в смесительной камере III воздействием на расход воздуха, поступающего в барабан II. Датчик 3-1 контролирует температуру в передней части барабана. Сигнал с датчика передается вторичному прибору 3-2 и регулятору 3-3, который управляет исполнительным механизмом  Рис. 7.3. Схема автоматизации барабанной сушилки 3-4 дроссельной заслонки на линии подачи воздуха к вентилятору VI. При этом одновременно изменяется подача воздуха, необходимого для сгорания газа, а также воздуха, поступающего в смесительную камеру. Вторая АСР поддерживает тепловой режим сушки изменением подачи газа в топку IV в зависимости от температуры внутри барабана II в таком его сечении, где запаздывание мало и уже произошло испарение значительной части влаги, так что можно судить о процессе сушки в аппарате. Сигнал от датчика 2-1 передается на щит вторичному прибору 2-2 через токосъемное устройство, включающее два вращающихся вместе с барабаном кольца и два ролика с щетками, к которым присоединяются провода, идущие к вторичному прибору. Процесс регулирования осуществляется следующим образом. Если подача сырья или его влажность возрастают, то температура теплоносителя внутри барабана снижается и регулятор 2-3 увеличивает подачу газа (исполнительный механизм 2-4). Это повышает температуру теплоносителя, в результате чего регулятор 3-3 увеличивает расход воздуха, пока температура внутри барабана не примет заданное значение. Работа этих двух регуляторов взаимосвязана. Схемой предусмотрена стабилизация давления газа перед топкой. В эту АСР входят датчик давления 4-1 — манометр с выходным преобразователем, вторичный прибор 4-2 и регулятор 4-3, управляющий механизмом 4-4 заслонки на линии подачи газа в форсунку V. В схеме предусмотрена также АСР разрежения в топке путем изменения производительности дымососа I. В нее входят датчик разрежения 1-1, вторичный прибор 1-2 и регулятор 1-3. При измерении температуры в передней части барабана регулятор не всегда получает достаточную информацию о ходе сушки. Во многих случаях поэтому используется каскадная АСР, в которой регулируется температура теплоносителя на выходе из барабана, а ее заданное значение корректируется в зависимости от температуры в середине барабана (см. п. 5.4). Распылительные сушилки применяются для сушки кофейного экстракта, меланжа, дрожжевой суспензии и т. д. Основными показателями качества готового продукта в зависимости от вида продукта и требований, предъявляемых к нему, являются влагосодержание, фракционный состав, насыпная плотность или физико-химические показатели (цвет, вкус и т. д.). При отсутствии приборов для непосредственного определения перечисленных показателей в качестве основной регулируемой величины может быть использована температура материала или газов на выходе из установки (см. рис. 6.5). При автоматизации других типов сушильных установок, например сушилок с кипящим слоем, в качестве регулируемой величины выбирается аналогично предыдущим схемам температура материала в слое. В качестве регулирующего воздействия может быть принято изменение подачи материала в сушилку (если можно изменять производительность сушилки), расхода теплоносителя и входной температуры теплоносителя. 1.1.5. Автоматизация химико-технологических процессов В настоящее время во многих отраслях пищевой промышленности (микробиологическая, витаминная и др.) используются различные реакторы непрерывного и периодического действия (см. главу 10). В схеме автоматизации реактора непрерывного действия (рис. 7.4) одним из основных регулируемых параметров является рН среды в аппарате. Система регулирования рН включает датчик 4-1, самопишущий прибор 4-2, регулятор 4-3. Система может работать с двумя видами регулирующих воздействий, одно из которых — поток с кислотными свойствами, другое — с щелочными (ИМ 4-6, 4-5).Специфической задачей для непрерывного процесса является обеспечение заданной нагрузки. Ее можно решить регулированием расхода входного потока датчиком расхода /-/, самопишущим регулирующим прибором 1-2, ИМ 1-3. Уровень в реакторе регулируется изменением расхода выходного потока (датчик 3-1, самопишущий регулирующий прибор 3-2, ИМ 3-3). Возможен другой вариант, когда заданная нагрузка обеспечивается регулированием расхода выходного потока, а регулирование уровня — изменением расхода потока на входе в аппарат. Схемой предусмотрено также автоматическое поддержание температуры среды в аппарате изменением расхода теплового агента в рубашку (датчик 2-1, самопишущий регулирующий прибор 2-2, ИМ 2-3). В реакторах периодического действия в зависимости от вида процесса в одних случаях задается постоянная величина рН в течение всего цикла, в других — она является функцией времени (в АСР используется программныйзадатчик 4-4) или какого-либо показателя среды в аппарате. |
Похожие:
 |
Отчет о самообследовании программы подготовки специалистов среднего... «Автоматизация технологических процессов и производств (в строительстве)», реализуемой в федеральном государственном образовательном... |
|
Отчет о самообследовании программы подготовки специалистов среднего... «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)», реализуемой в федеральном государственном образовательном... |
|
Утверждено Специальность (направление) 15. 03. 04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» |
 |
Программа учебной практики программы подготовки специалистов среднего... Программа учебной практики разработана в соответствии с требованиями фгос спо по специальности 15. 02. 07 Автоматизация технологических... |
|
Рабочая программа дисциплины «Интегрированные системы проектирования и управления» Направление подготовки (специальность) 15. 03. 04 Автоматизация технологических процессов и производств |
|
Рабочая программа дисциплины в. Дв. 3-2«Интегрированные системы диагностики и управления» Направление подготовки (специальность) 15. 03. 04 Автоматизация технологических процессов и производств |
|
Автоматизация технологических процессов Прирост выпуска продукции обеспечивается преимущественно за счет повышения производительности труда. Механизация и автоматизация... |
|
Системы автоматизации технологических процессов проектирование электрических... Всн 281-75/Минприбор СССР "Временных указаний по проектированию систем автоматизация технологических процессов" |
|
Проекта: Разработать технологический процесс диагностики и наладки... ... |
|
Роман Голованов Организация внедрения и сопровождения crm и bi систем Управление людьми, Построение команды, Информационные технологии, Управление проектами, Управление it-услугами, Ведение переговоров,... |
|
Рабочая программа дисциплины Программно-технические комплексы управления Направление подготовки: 15. 04. 04 – Автоматизация технологических процессов и производств |
|
Рабочая программа практики Автоматизация технологических процессов и производств. (указывается код направления, наименование, название программы) |
|
Программа курса «Основы микропроцессорной техники» Для направления подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств» и профиля подготовки ап |
|
Методические указания к контрольным заданиям для студентов агробиологических... «Механизация с/х», «Технология обслуживания и ремонт машин в апк», «Автомобили и автомобильное хозяйство», «Сервис транспортных и... |
|
Учебно-методическое обеспечение дисциплины «Основы технологии отрасли» Рекомендовано методическим советом колледжа в качестве методического обеспечения подготовки студентов специальности 220703 «Автоматизация... |
|
Методические рекомендации по прохождению производственной практики... Составитель: Гисматуллина Л. Н., методист отделения Автоматизации и радиотехники гбоу спо «пгк» |