Министерство образования и науки Амурской области
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ АВТОНОМНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ
«АМУРСКИЙ КОЛЛЕДЖ СЕРВИСА И ТОРГОВЛИ» (ГПОАУ АКСТ)
Дипломная работа
Тема: Модернизация системы автоматического управления ёмкостью для производства кисломолочных напитков
Ашиток Александр Вадимович
Белогорск - 2021
Введение
Автоматизация производства является одним из основных направлений технического прогресса. Внедрение систем автоматизации позволяет освободить человека от непосредственного участия в производственном процессе. В обществе автоматизация улучшает условия труда рабочих, повышает производительность труда и безопасность работы, увеличивает производительность оборудования, улучшает качество выпускаемой продукции, снижает себестоимость, сокращает брак, ведет к повышению материального благосостояния трудящихся.
Решением проблемы интенсификации промышленного производства и экономии всех видов ресурсов является создание крупных технологических агрегатов и комплексов, позволяющих повысить производительность труда, более эффективно использовать сырье и материалы, энергетические ресурсы и капиталовложения. Управлять подобными крупными технологическими агрегатами или комплексами в настоящее время невозможно без современных средств автоматики и вычислительной техники» без высокоэффективных автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), создаваемых на основе новейших достижений в области теории управления, использующих экономико-математические метода и высокоэффективную вычислительную и управляющую технику.
Целью выпускной квалификационной работы является модернизация системы автоматического управления ёмкостью для производства кисломолочных напитков.
Для достижения цели, поставленной в выпускной квалификационной работе, были определены следующие задачи:
1. Выявить возможность применения модернизованной системы управления ёмкостью для производства кисломолочных напитков.
2. Провести подбор средств автоматического контроля регулирования и управления параметрами.
3. Разработать модернизированную функциональную схему автоматизации, принципиальную электрическую схему управлением электродвигателем и компоновку щита управления на первом уровне.
4. Проанализировать технологию монтажа, наладки и эксплуатации приборов и средств автоматизации.
5. Определить характер взаимосвязи между технологическим объектом и средствами управления.
Объектом выпускной квалификационной работы является ёмкость для производства кисломолочных напитков.
Предметом квалификационной работы является приборы и средств автоматического контроля регулирования и управления параметрами.
В выпускной квалифицированной работе будут рассмотрены вопросы разработки модернизированной системы управления ёмкостью для производства кисломолочных напитков, монтажа, наладки и эксплуатации приборов и средств автоматизации. Также будут рассмотрены параметры надежности, требования охраны труда, охраны окружающей среды и пожарной безопасности.
1. Технологический процесс производства кисломолочных напитков
1.1 Характеристика процесса производства кисломолочных напитков
Линия производства кисломолочных продуктов начинается с комплекса оборудования для подготовки сырого молока к переработке, включающие самовсасывающие насосы, счетчики - расходомеры, фильтры, охладительные установки и резервуары для хранения молока.
Ведущими в линии являются комплексы оборудования для образования, заквашивания и сквашивания нормализованной молочной смеси, включающие насосы, теплообменные установки, сепараторы-сливкоотделители, дозаторы и резервуары для смешивания компонентов молочной смеси, сепараторы - молокоочистители и гомогенизаторы, а также аппараты для заквашивания и сквашивания молочной смеси с последующим охлаждением, перемешиванием и выдержкой молочного сгустка.
В завершающий комплекс для получения готовой продукции входят резервуары для хранения, насосы, охлаждающие установки и машины для фасования готовой продукции в потребительскую тару
В соответствии с рисунком 1 приведена схема линии производства кисломолочных напитков резервуарным способом.
При производстве кефира резервуарным способом молоко из резервуара 18 подают насосом-дозатором 12 в установку 14, где подогревают до температуры заквашивания 23…25 °С. Заквашивание и сквашивание молочной смеси выполняют в аппарате 19. Он снабжен водяной рубашкой и специальными мешалками, обеспечивающие равномерное и тщательное перемешивание молока с закваской и молочного сгустка.
Во избежание вспенивания, влияющего на отделение сыворотки при хранении кефира, молоко в аппарат 19 подают через нижний штуцер.
Рисунок 1 - Машинно-аппаратурная схема линии производства кисломолочных продуктов резервуарным способом
Производственную кефирную закваску в массе 3…5 % от массы нормализованной смеси вносят или в потоке с использованием насоса-дозатора одновременно с нормализованной смесью, или перед подачей ее в аппарат 19. Для лучшего перемешивания смеси с закваской заполнение резервуара смесью производят при включенной мешалке. Перемешивание заканчивают через 15 мин. после заполнения аппарата 19.
Смесь сквашивают при температуре 23…25 °С до образования молочно-белкового сгустка кислотностью 85…100 °Т (рН 4,65…4,50).
По окончании сквашивания включают подачу ледяной воды в рубашку аппарата 19. Через промежуток времени 60…90 мин. После начала охлаждения включают мешалку. Молочный сгусток перемешивают 10…30 мин. Перемешивание должно обеспечить однородную консистенцию молочного сгустка. При хранении кефира с неоднородной, комковатой консистенцией может отделиться сыворотка.
Перемешанный и охлажденный до температуры 18…22 °С сгусток оставляют в покое до созревания на 6 ч, не выключая подачу воды в рубашку аппарата 19. После первого перемешивания мешалку останавливают на время 1…1,5 ч. Дальнейшее перемешивание ведут периодически, включая мешалку на 2…10 мин через каждый час, пока температура не достигнет 12…16 °С. Затем сгусток оставляют в покое для созревания на промежуток времени 9…13 ч, предварительно выключив подачу воды в рубашку.
В зависимости от производительности линии завершение процесса образования кефира осуществляют двумя способами. При производительности линии 2,5 и 5,0 т/ч готовый кефир из аппарата 19 насосом 12 загружают в приемную воронку фасовочной машины 23 для упаковывания в потребительскую тару.
При производительности линии 10 и 15 т/ч готовый кефир перед подачей на фасование предварительно охлаждают до 4…8 °С в пластинчатой охлаждающей установке 20 загружают в промежуточный резервуар 21. Из последнего насосом 22 кефир загружают в приемную воронку фасовочной машины 23 для упаковывания в потребительскую тару.
1.2 Характеристика оборудования для производства кисломолочных напитков
кисломолочный резервуарный машинный
Ёмкость Я1-ОСВ в соответствии с рисунком 2 представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с днищем и крышкой, теплообменной рубашкой в виде змеевика и патрубками подвода и отвода тепло хладагента. Корпус термоизолирован фенолформальдегидным пенопластом и облицован тонколистовой сталью. К нижнему днищу приварены регулируемые опоры.
Мешалка, установленная вертикально, имеет форму трубчатого контура с диагональной лопастью. В нижней части мешалка опирается на подшипник скольжения. Привод представляет собой плиту с установленным на ней мотор редуктором.
Моечное устройство состоит из двух головок, вращающихся во взаимноперпендикулярных плоскостях, каждая из которой имеет изогнутые трубки, создающие при вытекании на них жидкости реактивную силу, вращающую головки.
Рисунок 2 - Общий вид резервуара типа Я1-ОСВ: 1 - стеклянный термометр, 2 - термометр сопротивления, 3 -пробный кран, 4 -привод, 5 - моечное устройство, 6- крышка,7-вход хладагента, 8- мешалка, 9 - теплоизоляция, 10 - корпус, 11 - днище, 12 - выход хладагента, 13 - датчик нижнего уровня, 14 - патрубок наполнения-опорожнения, 15- опоры, 16- крышка люка, 17- лестница с площадкой обслуживания, 18- смотровое окно, 19- светильник, 20 - датчики верхнего уровня, 21- воздушный клапан
Заполнение и опорожнение резервуара продуктом осуществляется через патрубок, расположенный в нижней части корпуса.
В резервуаре имеется люк, закрываемый крышкой посредством защелки. У крышки люка установлен конечный выключатель. На верхней крышке резервуара расположен патрубок для подсоединения к внешней охладительной установке.
Система охлаждения в виде замкнутой спиральной рубашки позволяет прокачивать тепло хладагенты под избыточным давлением, что повышает эффективность теплообмена и упрощает проектные решения по обвязке резервуаров у потребителя трубопроводами тепло хладагентов.
Технология производства кисломолочных напитков, устройства и принцип работы основного оборудования ёмкости Я1-ОСВ приведены в работах [1] - [3].
2. Выбор и обоснование подбора КИПиА
2.1 Выбор параметров, средств автоматического контроля, регулирования и управления на первом уровне
Первый уровень управления включает измерительные преобразователи (датчики) и сигнализаторы параметров, средства управление исполнительными устройствами и пусковой аппаратурой. Пульты управления ТП и технологическим оборудованием в основном расположены по месту объекта управления. Взаимосвязь аппаратуры обеспечивается с помощью HART-протокола посредством полевой сети FieldbusH1.
Резервуары оснащены средствами контроля, автоматического и дистанционного управления технологическими процессами, что позволяет обеспечить минимальную трудоемкость эксплуатации и высокое качество вырабатываемых продуктов.
Для контроля температуры продукта в нижней части корпуса установлены стеклянный термометр и термометр сопротивления.
Для определения верхнего уровня продукта в верхней части корпуса установлены датчики верхнего уровня, для сигнализации опорожнения - датчик нижнего уровня,
Для автоматического контроля температуры используется прибор ТРМ148 предназначен для построения автоматических систем мониторинга, контроля и управления производственными технологическими процессами производства кисломолочных напитков
Для медных измерительных приборов диапазон измеряемых температур (от -50°С до 150°С). К несомненным преимуществам медных измерителей следует отнести их относительно невысокую стоимость и наиболее близкую к линейной характеристику «температура-сопротивление». Но, узкий диапазон измеряемых температур и низкие параметры удельного сопротивления существенно ограничивают сферу применения термопреобразователей ТСМ. Для автоматического контроля уровня используются кондуктометрические сигнализаторы уровня и вторичный прибор САУ-М7Е предназначен для создания систем автоматического поддержания уровня в резервуарах.
2.2 Выбор средств автоматического управления параметрами на втором уровне
Второй уровень управления предусматривает использование контроллеров AL-2000S с информационной мощностью в количестве трех комплектов с горячим резервированием на базе ЭВМ Pentium 1 и АРМ оператора - технолога и химика на базе IBM PC - 486. Прием и передача информации здесь осуществляется с помощью OC Windows NT. Основное ПОпультов технолога, диспетчера и рабочей станции мастера обеспечивается SCADA - программой PARAGON, можно использовать ТрейсМоуд. Эта программа реализует основные функции по визуализации измеряемой и контролируемой информации, передача данных и команд в систему контроля и управления. Она состоит из инструментального и исполнительного комплексов. Открытость SCADA - программы обеспечивает функционирование СУ в ОРС - сервере, что гарантирует работу сетевых структур без специальных драйверов. В качестве ОС контроллеров используют типовой систему OS - 9 или версии Windows, что позволяет закупать прикладное ПО для контроллеров, например, технологические языки стандарта IEC 1131.3.
Информационная мощность АСУТП склада БХМ составляет: входов/ выходов 5/5, т.е. 10. Из них аналоговых входов/выходов 1/0, дискретных входов/выходов 4/5. Контроллеры AL-2000S обеспечивают работу с небольшим резервом.
Выбор средств автоматического управления параметрами на первом и втором уровне приведено в работах [4] - [6].
3. Разработка схем КИПиА
3.1 Разработка функциональной схемы автоматизации
АСУТП производства кисломолочных напитков осуществляет отображение информации о протекании ТП в режиме РВ, контроль поступления молока и закваски, ввод задач и команд с клавиатур ПТК и АРМ оператора-технолога, а также управление ТП. Система управления процессом производства кисломолочных напитков осуществляется в супервизорном режиме в соответствии с рисунком 3.